EMC 案例分享-1173(Bigtimer)传导整改案例分析

CN2 MO T_ A
1 2
Q2 S8050H
Q8 S8050H
R47 10K
R48 5 .1 R 1 W
C4 100nF
GND GND
FA N_ IAN I
HEA T2 _ C O
5V J4 J2 J5 J7 J9
5V
J6 J8 J1 J3
A
HEAT1_CO HEAT1_CO
FA N_ IA NI
C2 100nF
C1 100nF
g com1
d1
d com2
e
com3
CN7 S
CN8 OUT
1 1
1 1
R19 R32 51R1206
C5 10nF 1000V
R9
C1
10K
100nF
TR1 BT1 3 1
R24 2K 1206
Q1 BC8 4 6 B
R6 4 .7 K
R10 10K
MIX_ CO
S5 Top T Controller
RT1 PTC
t
M2 Top DC MOTOR
1 1
1 1
CN1 L
1 1
F1 3.15A 250V
ACL
1 1
230Vac 50/60Hz
VR2
CN6
10D471K
N
C6 470nF 275Vac C6 changed to 470nF
RW1 20R2W
R7 Deleted
PB2/PTPI/TX/PTP/AN2
PC0/KEY5
PB7/INT1/KEY4/AN7
PC1/KEY6
PB6/PTCK/KEY3/AN6
PC2/KEY7
PB5/STCK/KEY2/AN5
PC3/KEY8
PB4/PTPI/PTPB/KEY1/AN4
PE0/KEY9
PB1/SCK/SCL/AN1
PE1/KEY10
整改后最终电路图和 PCB 图：
CN2 MAI N S
S1 Power Switch
L
GND
N
TF1 Top T Fuse
S2 Pot Switch
S3 Lid Switch
TF2 Bot T Fuse
M1 Bot AC MOTOR

Bot Heator
Top Heator
S4 Bot Heator Switch
KEY2 MS-
KEY1 MS1
KEY3 MS+
+12V
R12 10R
BUZ1 4K Hz Pizeo
R14 4 .7 K Buz
R49 (R6) 10K
R13 10K
Q9 (Q1) BC8 4 6 B
HEAT2_CO R11 4 .7 K
R37 51K
GND
5V
D4 K AK A
LL4 1 4 8
R34,R35 is changed to 10K
+12V(AC N)
CN4 UI_A
1
MIX_CO 2
ZERO
3
HEAT1_CO 4
LID_DI 5
MOT_IANI 6
HEAT2_CO 7
8
9
5V
+12V
R61 20K 1%
R63 5.1K 1%
R62
1K C18 100nF 50V
VREF_ ANI
2、低频段 150K~1M 整改 将马达断开，在 12VDC 输出加 200mA 负载，发现 150K 骚扰仍然没有足够余量，说明低频 段骚扰来自马达和 AC‐DC 电路。断开马达，仅测试带载情况下的 AC‐DC 电路，检查 PCB 环 路，有优化余地，将 EC6、L4、D5 尽量靠近，骚扰明显减小。
+12V C8 4 .7 u F
GND
IC1 PT1102ESOP
3 VIN
R39
10K
C7 100nF
(33R 1206) 1
CE
C20 100nF
LX 6
NC NC NC
2 4 5
7 GND
FB 8
L2 27uH
DS 6S 1 4
EC7
C17
47uF 16V
100nF
GND
GND
GND
5V
C19
+12V(AC N)
NC NC NC
2 4 5
DS 6S 1 4
EC7 47uF
C17 100nF
GND
FB 8
GND
GND
R15 R16 510K 1206
5V
R17 22K
D8 LL4 1 4 8
Q3 BC8 4 6 B
R18 1K
Zero
C9 1nF
+12V(AC N)
5V
Q16 BC8 5 6 B
PE5/CTP1B/OSC2
1 MOT_IANI*
2 LID_DI
3 VREF_ANI
4
KEY1
5
6
KEY2 KEY3
7 HEAT2_CO
8 FAN_IANI
9
10
D
11
E
12
13
F
14
B
C14 20pF
C24 20pF C23
20pF
EC8 100uF 10V
R52 1K
R50 1K
R51 1K 5V C13 100nF 50V
a
b
c
SMG Wh ite, 3 COM
R55
R54
R53
1K
1K
1K
f
DP ZERO
C C OM1 C OM2 C OM3 HEA T1 _ CO MIX _ CO
G MS- _ LED Buz MS+_ LED MS1 _ LED A
R83 R82 R80 R42
R88 R87 R85 R84
200R
JP4 MOT+
D15
M7
F2 Position is changed
C12
C12 is changed to 100nF
100nF 275Vac
5V
R31 is Moved to in front of L5
D3 LL4 1 4 8
MOT_ IAN I
R34
R35
10K 1%1206 10K 1%1206
4、 高频段整改 通过排除，确定 30MHz 频段骚扰是由马达引起。30MHz 及以上频段骚扰常见于使用电 刷的各类马达，是由于电刷换向过程中放电引起的，电机生产过程中的各种不良工艺都 会加剧运行中的火花，必须加以控制，如换向器表面的精车水平包括圆度、跳动、光洁 度，转子的动平衡水平，此外，弹簧的压力以及碳刷的材质都会对火花的大小产生极大 的影响。在此频段，骚扰主要通过电磁波辐射耦合，因此最好的方式是改善马达，或者 使用铁氧体磁珠或磁环抑制传播途径。实验测试在马达电源端子串接磁珠有可以明显降 低骚扰，在电源引线上串接铁氧体磁环效果最佳。下图是磁环位置和整改后的测试效果：
R25
R28 10K 22K
Q6 BC8 4 6 B
R30 4 .7 K
R29 51K
HEAT1 _ CO HEAT2 _ CO
F2 PTC
D13
M7
1
L5
2
1 2 mH
3 34 4 2 21 1
+12V(AC N)
R31 10R2W
JP3 MOT-
C11 Deleted L5 Parameter is changed
本部 FH1173（Bigtimer）传导整改案例分析
项目：FH1173（Bigtimer），无油炸锅
客户：德龙建伍 现象：传导（Conducted Interference）超标，功率（Power Clamp Interference）辐射超标。
整机
底部
顶部
电路图和 PCB 图如下：
传导测试数据：
辐射测试数据：
从波形和数据可以看到，传导低频~中频段整体超标，设备中存在明显不合理项。辐射 30MHz 频点附近超标。 从 EMC 三要素入手，首先分析干扰源。设备存在可能的干扰源有： 1、 直流马达 2、 AC‐DC 电源 3、 DC‐DC 电源 4、 显示板（MCU） 分别断开各个模块，发现将马达断开后，传导干扰整体明显下降，但在 500K 左右频点仍残 留干扰; 辐射干扰接近底噪，说明辐射干扰主要来自于马达。如下图：
HEAT2 _ CO
A
5、插曲
测试发现，当机器工作 5 分钟之后，4MHz 附件频率骚扰幅度逐渐升高，最终导致余 量不足甚至超标。分析确定是马达受热后，机械结构受热膨胀，导致电刷间隙发声变化， 导致骚扰电平变大导致。
将铁氧体磁环改为绕在电源线出口地线上，绕 3 匝，热机状态测试电压骚扰有 6dBuV 余量，功率骚扰劣化 10dBuV，但仍有 6dB 余量。
3、中频段 1M ~5M 整改 中频段骚扰往往是差模共模共存，试验发现，在马达地线串接磁环、马达电源引线增加共模 磁环、马达电源端子接 Y 电容到地均可减少骚扰。由于客户不愿在马达端做改动，考虑改善 马达滤波电路。将共模电感 L5 由 35 匝减少到 27 匝，C12 变为 100nF，将马达电源线和地线 并列走线且与其它走线尽量远离，经过以上措施，将中频骚扰成功控制在 5~6dB 余量。
R8 Deleted
U4 OB2225NCP SOP-8
5 6 7 8
VDD 1 2
D1 M7
D2 M7
L3 1mH 0510
R5 1M1206
R4 1M1206
EC1 4.7uF 400V
EC4 4.7uF 400V
NC 3 CS 4
R1 R2 2R1206 1%
EC5 M7 D7
4.7uF 50V
分析：4MHz 骚扰由马达产生，骚扰电压除了在 L、N 线之间，在 PE 与 L、N 之间也存在， 当 PE、L、N 共绕在磁环上时，形成了共模电感，对于 PE 与 L、N 之间的“差模”干扰 不能有效抑制；当仅 PE 绕在磁环上时，对于 PE 与 L、N，形成差模电感，有效抑制差模 干扰成分；此时高频端的骚扰抑制会大幅下降，但对于本机，尚有足够余量。因此最佳 效果是在 PE 上绕磁环。
PB0/SDI/SDA/VREF/AN0
PE2/STPI/STP/KEY11
VDD
PE3/STPI/STPB/KEY12
PA4/SDO/XT2
PA5/CTP0B
PA3/SCS/XT1
PA1/CTP0
VSS
PA2/CTCK1/SCS/ICPCK/O
PE4/OSC1
PA0/SDO/ICPDA/OCDSDA
A
R36
B
1K R33 is changed to 4K7
C
MOT_ IA NI
D
E
R33
F
C5
4K7 1%
G
100nF
DP
U1
BS6 6 F3 4 0 /BS6 6 V3 4 0
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
PA7/CTP1
PB3/RX/AN3
PA6/CTCK0/INT0
R55 (R15)
1nF
39K 1%
R53 (R10) 10K 1%
GND
检查耦合途径，考虑到 500KHz 频率以差模为主，检查电源环路，如下图，发现环路面积过 大，容易受干扰，用导线将 L,N 靠近，干扰减小，但仍能观察到干扰波形。考虑到 PCB 修改 难度大，重新回到改善干扰源思路上来。注意到 L2 是工字电感，磁路开放，容易产生辐射。 将 L2 卧倒，使磁力线与 L、N 形成的环路平行，干扰波形几乎观察不到了。考虑到将 L2 卧 倒不便于生产，将 L2 更换为磁封闭型贴片电感，效果与 L2 卧倒相同。在新版本 PCB 设计中， 把 L2 更换为磁封闭型贴片电感，彻底消除了此频点干扰。
5V
D9
R20
R21
LL4 1 4 8
R27
1K
510K 1206 510K 1206
R22
C10
51K
1nF
LID_ DI
CN9 L1
L1
1 1
1 1
K1 10A 250V 105℃
L1
+12V(AC N) R23 51K
Q5 BC8 5 6 B
D12 1N4007
R26 4 .7 K
Q4 BC8 4 6 B
Q7 BC8 5 6 B
Q15 BC8 5 6 B
R86 R81 R40 2K
COM3
COM2
COM1
5V
C19
R55 (R15)
1nF
39K 1%
R53 (R10) 10K 1%
GND
LED3 MS1 LED white
LED2
5V
MS- LED white
LED1
MS+ LED white
C3 100nF
D5
GND
ES1 J
EC6 470uF 25V
L4
R3
1.5mH350mA D8x10
4 .7 K
+12V(AC N)
C8 4 .7 u F
C7 Deleted
GND
IC1
PT1102ESOP
3 VIN R39 Deleted
1 CE C20 Deleted
7 GND
L2
LX 6
27uH EC7 changed to SMD type
传导骚扰整改： 1、500KHz 频点整改 考虑到 500KHz 只有 DC‐DC 工作在此频率点，怀疑 DC‐DC 电路引起。将 DC‐DC 电路断开后， 此干扰波形消失，验证了此推断正确。检查 DC‐DC 电源走线，主要环路器件 EC7、L2、D6 位置不够紧凑，电流环路偏大。将 EC7 移到 L2 左侧，使布局尽量紧凑，测试没有明显改观。
GND
CN5 UI_B
1 2 3 4 5 6 7 8 9
+12V(AC N)
MIX_ CO ZER O HEA T1 _ CO LID_ DI MOT_ IAN I HEA T2 _ CO
5V
MS+_ LED MS- _ LED MS1 _ LED
ZERO MIX _ C O LID_ D I
HEA T1 _ CO HEA T2 _ C O
在测试过程中，发现有时低端骚扰明显变大，检查发现 PTC 连接线靠近 L4 时，会产生耦合， 导致低端频率骚扰增加，遂将 PTC 连接线移开，远离 L4。
由于马达也会产生低端频率骚扰，加大马达滤波电感 L5 感量可以降低骚扰，考虑到体积和 成本，将电源输入端 X 电容 C6 加大到 0.47uF，同时注意残余电压不要超过 28V。经过以上 措施，低频端已经有足够余量。