面包芯语

大功率DC整改-接地的重要性

原创 韬略科技EMC 2024-07-02 11:30
汽车照明的秘密武器，竟然是…… 超低功耗CW32L083系列

一前言

电子产品工作都离不开电源，随着电子行业的发展，电源DC-DC模块也日益朝着体积小、效率高、功率损耗小、开关频率变高的方向发展。但是开关电源DC-DC模块的电磁干扰（EMI），一直都是电磁兼容（EMC）领域的一大常客，尤其是车载领域的产品，大多数都会涉及到金属外壳和零部件，而且功率电源的数目多、功率大，所以接地在EMI问题中是很重要的一环。

二案例分享

接下来分享一个车载产品的整改案例，该产品的一级电源是一个稳压的升降压型开关电源，而且产品的工作电流达到8A，属于功率较高的车载产品，所以产品的电源问题肯定是比较突出的，下图是该产品电流法摸底的数据图：

电流法摸底测试数据（1）图

【分析】

通过对测试数据的分析可以看出超标的频率端主要集中50MHz-100MHz左右，根据产品的功能分析基本确定超标的包络点为电源开关噪声引起的测试超标，产品的PCB简如下图：

产品PCB1简（2）图

【分析】

通过对该产品的电路图和PCB的分析，板上干扰的主要来源于主电源模块（升降压稳压电路），而且板上该加的EMC措施其实已经是比较不错的了，电源端的滤波和滤波回路等都是做的比较好了的，电源输入端口差模、共模滤波都有，在这种情况下再增加电源端的滤波效果不太显著，实际整改过程中也是如此。

解析来再对产品的布局结构进行分析，产品的横截面简图如下：

产品布局横截面简（3）图
【分析】
通过对产品布局横截面的分析，可以得知产品的外壳全部金属外壳，PCB2驱动控制部分和金属外壳之间有做接地处理，PCB1电源功率部分只有共模输入的GND有和金属外壳搭接，PGND部分的地怕开关电源的噪声干扰到其他部分电路，所以只通过共模和GND搭接。
【措施】
靠近功率电感的地用导电硅橡胶（我司一种新型的接地材料）进行接地处理，把PGND和金属外壳搭接起来，搭接完测试电流法测试数据如下图：

PGND搭接金属外壳横截面简（4）图

导电硅橡胶产品形态（5）图

整改后电流法摸底测试数据（6）图

三原理分析

【噪声产生机理分析】

通过对上面的分析可以得知，该产品接地点只有在共模前端的单点接地，后端的大功率电感由于空间辐射很强，再加上是金属外壳，强辐射与金属外壳之间存在寄生电容，导致了板极共模噪声强度强，共模电感对共模共模噪声的抑制作用没办法完全抑制全部的共模噪声辐射发射，导致测试超标。

靠近PGND搭接金属外壳就是为了尽可能地抵消强辐射处寄生电容的产生，从而避免共模噪声的耦合，削减共模噪声辐射发射的强度，这便是本次案例的噪声产生和抑制机理。

噪声产生机理简（7）图

四总结

电源噪声问题是EMC整改过程中一个绕不开的话题，电源模块的EMI噪声抑制必须引起重视，这样才是提高电子产品的性能和质量，EMC问题只有前期做好充足的规划，后期过认证的阶段才能少走弯路，使之顺利通过EMC标准认证。

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