家庭物联网设备－ Lay out 问题引起的EMI问题分析

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【摘要】
家庭物联网系统是以智能家居为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，通过提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，实现环保节能的居住环境。

其中App智能照明解决方案，将智能照明设备和无线中控同步配置在同一产品体系，其发展前景更是非常广阔。但由于技术的更新，以前的普通照片方案在增加无线控制电路的情况下，很有可能已经不能满足相关测试标准要求。下面就以一款灯具无线控制器EMC传导测试不合格，进行案例分析解决。

【Abstract】
Home iot system is intelligence household as a platform,using the integrated wiring technology, network communication technology,security technology, automatic control technology, audio and video technologyto integrate the household life related facilities, schedule to build efficientresidential facilities and family affairs management system, improve homesecurity, convenience, comfort, artistry, and realize environmental protectionand energy saving living environment.
The App intelligent lighting solutions, intelligent lightingand synchronization of wireless control system configuration in the sameproduct development prospects are very broad. But due to technical updates,ordinary photos before scheme under the condition of adding wireless controlcircuit, is likely to have can not meet the requirement of the relevant teststandards. The following on a wireless controller of lamps and lanterns EMCconduction test unqualified, case analysis is solved.

[关键词]
传导；物联网照明设备，灯具无线控制器，精准检测电磁兼容整改


Conduction; Iot lighting, lamps and lanterns wirelesscontroller, accurate detection of electromagnetic compatibility

[概述]

灯具无线控制器出口欧洲需要满足CE EMC指令Directive 2014/30/EU，EN 55015:2013

+A1:2015&EN 61547:2009&EN 61000-3-2:2014&EN61000-3-3:2013 和REDDirective 2014/53/EU，ETSI EN 300 328 V2.1.1&Draft ETSI EN 301 489-1 V2.2.0& Draft ETSI EN 301 489-17 V3.2.0& EN62479: 2010& EN 60065: 2014 (由于该产品电源传导测试不过，后面只讨论EN 55015标准部分) 由于该产品传导部分需满足EN55015 里面Table 2a的相关限值要求。（见图1）

图1

如下图传导测试数据所示，其中150K到2MHz都严重超标。（由于150KHz以前没有问题，后面只讨论150KHz~30MHz）（见图2、3）

图2

图3

该产品结构主要由塑料外壳，非隔离电源，无线模块，继电器等构成。通过结合数据和原理图分析，主要原因为滤波器设计类型不对或参数不合理，再通过PCBLayout可以看出个别元件位置有问题，所以需要逐个调整验证。以下是产品原理图和PCBLayout图。（见图4、5）

图4

图5

（1）从产品AC滤波器来看，简单的LC滤波器，该滤波器通常会用在小功率电源上，其优势在于元件少，成本低，但缺点是有可能出现L、N线不平衡，造成一条线过一条线不过。先调整X电容的容量，从之前的0.1uF改为0.22uF。测试结果如下，其改善并不明显。（见图6）

图6

（2）调整AC滤波电路相关元件并无明显改善，那会不会是滤波器离干扰源太近造成滤波效果降低呢？通过该电源芯片LNK304原厂资料分析，LNK304主要用在不连续模式（MDCM）的电源上。功率处理阶段由LinkSwitch-TN组成，分别为续流二极管D1，输出扼流圈L1和输出电容器C2。D1是一个反向恢复时间（tRR）超快的二极管，大约75纳秒，符合MDCM的工作要求。对于连续导通模式（CCM）设计，带有trr的二极管建议≤35ns。电感L1是一个标准的外壳电感器，它具有合适的RMS额定电流（可接受温度上升）。电容器C2是输出滤波电容器，它的主要功能是限制输出电压纹波。（见图7、8）

图7

图8

由此可以分析出客户原理图中D2、L2、C4、C5是整个电源换成关键元件，其输出波形也较复杂，是最重要的干扰源，为进一步验证分析结果，用试波器测试L2的波形如下，果然干扰严重。（见图9）

图9

（3）通过分析L2位置干扰严重，观察实物结构后发现由于产品内部高度有限，不得已把L2倾倒安装，但放倒后正好紧靠滤波电感L1，所以造成干扰直接耦合到了输出滤波电感L1上，引起滤波不良。（如图10）

图10

为进一步验证分析，将电感L2拆下后焊接到电路板背面，再将电容C4移到原L2位置附近（如图11）

图11

通过以上调整后再进行测试验证，果然效果非常好，已经能通过标准要求，测试数据如下：（见图12）

图12

由于时间关系客户不想改板，于是将L2、C4由插件改为相同参数的贴片，以减少与输出滤波电感L1的相对面积。（见图13）

图13

1、更换元件封装后测试完全满足标准要求，数据如下：（见图14、15）

Test data - N after rectification

图14

Test data - L after rectification

图15

很多产品虽然原理设计没有问题，但如果忽略了干扰源与敏感元件（滤波器）的距离依然会造成测试不能通过。所以EMC电路设计中除了要考虑EMI电路外，Layout的合理性每个研发工程师必须注意。