PCB布线与EMC优化经典案例分享

    电磁兼容性(EMC)是开关电源的设计难点之一，需综合考虑PCB布线、变压器设计、EMC滤波器结构等因素。
    芯朋微技术团队本期为大家分享几个EMC优化典型，说明PCB布线的重要性。
    ★一：传导优化
    问题描述：
    该为5V2A带Y充电器，原始PCB布线如图1，传导测试结果（图2）在500kHz附近裕量不足3dB。

    图1  5V2A充电器原始布线

    图2  5V2A充电器原始布线传导结果

    原因分析：
    由于主控PSR芯片工作在电流断续模式，在去磁结束后存在励磁电感与寄生电容振荡，该振荡频率约为500kHz。由图1布线可见LN线(即桥堆输入部分)离SW干扰源(D1正极)较近，部分开关干扰串入LISN导致传导裕量不足。
    改善对策：
    改善PCB布线如图3，相同电路参数下，增大LN线与SW干扰源空间距离，500kHz传导裕量增大至6dB以上(图4)。

    图3  5V2A充电器改善布线

    图4  5V2A充电器改善布线传导结果

    ★二：辐射优化
    问题描述：
    该为5V3.4A充电器，原始PCB布线如图5，辐射测试40MHz超标7dB以上（图6）。

    图5 5V3.4A充电器原始布线

    图6  5V3.4A充电器原始布线辐射结果

    原因分析：
    主开关管Drain极为强干扰源， RCD吸收用以减弱此干扰量，图5中RCD吸收远离Drain极，造成干扰量扩散。
    改善对策：
    改善PCB布线如图7，由于RCD吸收靠近Drain极，干扰能量迅速被吸收，辐射裕量改善15dB（图8）。

    图7  5V3.4A充电器改善布线

    图8  5V3.4A充电器改善布线辐射结果

    ★三：EFT优化
    问题描述：
    该为12V0.5A去Y适配器，原始PCB布线如图9（共模电感在整流桥前面，红色标注为干扰源，黄色标注为主控芯片的反馈回路），存在EFT 2kV掉电重启问题。

    图9  12V0.5A适配器原始布线

    原因分析：
    主控反馈回路太长且靠近干扰源。
    改善对策：
    改善PCB布线如图10(共模电感放整流滤波后，黑色标注为GND，黄色标注为主控反馈回路)，由于反馈回路大幅缩短且被地线包围，EFT轻松通过4kV 标准A。

    图10 12V0.5A适配器改善布线

    ★四：ESD优化
    问题描述：
    该为12V1A带Y适配器，原始PCB布线如图11，存在主控芯片在适配器ESD测试后高概率损坏问题。

    图11  12V1A适配器原始布线

    原因分析：
    主控信号回路VDD GND与Y-Cap GND共线，干扰能量通过Y电容耦合损坏芯片。
    改善对策：
    改善PCB布线如图12，主控信号回路VDD GND与Y-Cap GND分开，ESD轻松通过8kV接触/15kV空气 标准A。

    图12  12V1A适配器改善布线