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电子产品:PCB布局布线的耦合EMI路径分析

导读: 我们在进行电子产品或设备进行EMI分析时先要分析系统的干扰的传播路径;如果在我们产品设计测试时出现超标的情况,如果我们能通过分析路径或者知道干扰源的路径对解决问题就变得轻松!

《开关电源:EMC的分析与设计》在研讨会深受电子爱好者的喜爱;我讲这门课程说到,如果对电子电路了解,懂得开关电源的基本原理;就能保证电子设计师们都能解决90%的EMC问题了!课程我讲实战方法,理论在我的公众号分析!!

 我们在进行电子产品或设备进行EMI分析时先要分析系统的干扰的传播路径;如果在我们产品设计测试时出现超标的情况,如果我们能通过分析路径或者知道干扰源的路径对解决问题就变得轻松!在实际应用中我将EMI的耦合路径进行总结-为设计提供理论依据!

EMI的传播路径:感性耦合;容性耦合;传导耦合;辐射耦合!

在电磁兼容设计中;我们基本的理论是:A.确认噪声源B.了解噪声源的特性C.确认噪声源的传播路径;对于开关电源系统-《开关电源:EMC的分析与设计》的我们就噪声源进行了总结分析,电磁兼容的三要素是重点;

分析框图结构如下:

从上面的三要素中,我们对EMI的传播路径:空间耦合和传导耦合比较熟悉;我们实际也是重点在运用上述的理论来进行我们的实践指导;在实际进行电路设计时我们PCB的设计也很关键;基本60%的EMC问题都是PCB设计的问题,PCB的设计问题受限于产品的PCB大小&结构&接口的位置影响会导致我们《开关电源:EMC的分析与设计》例外的EMC的问题!

EMI传导干扰的以下几种路径:(总的EMI的耦合路径)在电路中的分析如下:

上面的原理路径示意框图设计到的信息非常广,可以延伸到不同的电源拓扑结构;涉及到系统的传导理论,辐射理论;如果电路你当做是标准的PFC大功率应用电路;这时候你就会考虑30MHZ-300MHZ的骚扰功率的问题!如果电路结构前级输入是低压的交流输入(例如12VAC)这个电路可以是标准的升压(BOOST)电路结构;改变一下电感,开关MOS及输出二极管的位置;这个电路就可以变成高压或中低压的降压(BUCK)电路;也就是说这类电路的应用在EMI的问题表现及处理上都可使用同样的等效结构;处理EMI的问题就非常类同了。

A.在实际中我们还有10%的EMI的问题也是众多设计师们没有注意的问题!从而要从PCB的分析来入手!!分析框图结构如下:

1.感性耦合路径问题

注意电路中的感性元件:电感 及 变压器等等;

2.容性耦合路径问题

注意电路中任意相近的两根电流导线都会存在分布电容耦合:PCB走线 及 连接线等等;

B.我在进行特殊例分析时就出现实际的案例;EMI传导设计-中高频部分优化我们共模滤波器没有明显的效果;分析框图结构如下:

如果我们的EMI电路的滤波电路使用2级滤波器结构;当共模电感大小和结构无论怎么调整测试都不能解决>500KHZ- -10MHZ的EMI传导问题;首先通过EMI的路径分析;2级共模滤波器(共模电感感量及绕制都OK!)完全足够解决150KHZ-10MHZ的传导干扰;进行分析如下:

1.检查PCB设计电路中的BUCK/BOOST(或PFC电路)电感距离输入EMI滤波器的位置;BUCK/BOOST电路的高压电容的环路及续流二极管的环路面积情况,分析检查其走线是否靠近输入滤波器走线!进行基本的PCB布局布线分析!!

2.采用最简单的方式来判断问题;使用一个磁环将交流输入电源线绕3圈及以上;EMI超标点立刻降低或消失,甚至通过EMI测试!?分析数据!!

3.通过上面的磁环验证很明显我们可以找到解决问题的方法:去掉1级共模电感;使用一个双线并绕的共模电感(1-5mH均可)放置在电路板的电源线入口进行测试;测试EMI测试数据是否达到5dB以上的裕量!从而确定问题;

由此确定好系统的EMI路径后,按照我的理论将电路板PCB布局布线进行优化,使用最优化的EMI滤波器结构可以节省很大的设计成本!

如下电路板的布局布线就是典型上述设计例外情况:

测试传导数据:400K-3MHZ的EMI传导测试数据很高!

按照上面的1,2,3条进行检查同时解决了EMI问题!

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