تحسين تصميم التوافق الكهرومغناطيسي لوحدات التحكم الدقيقة ووحدات التحكم المدمجة: من فشل إعادة العمل إلى الامتثال من المحاولة الأولى

في مجال تطوير إلكترونيات الطاقة للمركبات الكهربائية، تُعد وحدة التحكم في المحرك (MCU) والشاحن المدمج (OBC) من بين أكثر الأنظمة الفرعية التي تواجه تحديات التداخل الكهرومغناطيسي. ومع ازدياد استخدام منصات الجهد العالي، وترددات التبديل السريعة، والتصميمات المدمجة، لم تعد مشكلات التوافق الكهرومغناطيسي استثناءً، بل أصبحت نتائج متوقعة لقرارات التصميم الأولية.

ومع ذلك، لا تزال العديد من المشاريع تعتمد على سير عمل تفاعلي:
النموذج الأولي ← فشل اختبار التوافق الكهرومغناطيسي ← إعادة العمل ← إعادة الاختبار .
تستهلك هذه الحلقة الوقت، وتزيد التكلفة، وغالباً ما تصل إلى طريق مسدود بمجرد تجميد الهياكل الميكانيكية.

استنادًا إلى العديد من مشاريع التصميم المشترك الحقيقية لوحدات التحكم الدقيقة ووحدات التحكم المدمجة، تحدد هذه المقالة مسارًا مثبتًا من الفشل المتكرر في إعادة العمل على التوافق الكهرومغناطيسي إلى الامتثال من المحاولة الأولى ، مما يوضح لماذا يعد التوافق الكهرومغناطيسي في الأساس مشكلة تصميم ، وليس حلاً بعد الاختبار.

لماذا تفشل عمليات إعادة صياغة EMC: دروس مستفادة من مشاريع MCU وOBC الحقيقية

الحالة 1: انبعاثات الإشعاع من وحدة التحكم الدقيقة تتجاوز الحد المسموح به بمقدار 12 ديسيبل

مشكلة
تجاوزت الانبعاثات المشعة الحدود المسموح بها بما يصل إلى 12 ديسيبل في نطاق 30-200 ميجاهرتز.

نهج أصلي
تم استخدام نسيج موصل قياسي لحماية لوحة التحكم MCU، مع وجود فجوات ميكانيكية كبيرة.

الأسباب الجذرية

• أدى ضعف ارتداد النسيج الموصل إلى زيادة مقاومة التلامس بمرور الوقت

• ممنوع شطف حواف التلامس، مما يقطع استمرارية الحماية.

• غير متوافق مع عمليات SMT، مما يؤدي إلى تأريض غير مستقر

حل أمثل

• تم استبدالها بحشية SMT (سلسلة SMD-G-KLD)

• تحسين الشطف الهيكلي

• نسبة ضغط مضبوطة تتراوح بين 25 و30%

نتيجة
انخفضت الانبعاثات المشعة بمقدار 15 ديسيبل، مما أدى إلى اجتياز معيار CISPR 25 من الفئة 3 في دورة اختبار واحدة.

الخلاصة الرئيسية
يجب أن تتوافق مواد الحماية مع البنية والعملية وموثوقية دورة الحياة - وليس فقط الموصلية.

الحالة الثانية: فشل انبعاثات التوصيل في نظام مراقبة الانبعاثات عند تردد 150 كيلوهرتز

مشكلة
تجاوزت الانبعاثات الموصلة الحدود بمقدار 8 ديسيبل عند 150 كيلو هرتز؛ ترشيح الإدخال والإخراج غير فعال.

نهج أصلي
تم استخدام مرشح π القياسي، ولكن تم ترك غلاف المرشح عائمًا.

الأسباب الجذرية

• يُتيح الغلاف المعدني العائم اقتران الضوضاء السعوي

• تجاوز مسار التأريض 20 مم، مما زاد من المعاوقة الحثية

• لا توجد مواد ذات مقاومة منخفضة للتأريض المستوي

حل أمثل

• حشية من مطاط السيليكون الموصل تربط غلاف الفلتر مباشرةً بالعلبة

• تم تقصير مسار الأرض إلى أقل من 10 مم

• شريط حماية من رقائق الألومنيوم يتيح إنهاء الكابل بزاوية 360 درجة

نتيجة
انخفضت الانبعاثات الموصلة بمقدار 18 ديسيبل، وهو ما يتوافق تمامًا مع المعيار GB 34660.

الخلاصة الرئيسية
يعتمد أداء المرشح بشكل أكبر على جودة التأريض أكثر من اعتماده على قيم المكونات وحدها.

من الفشل إلى الامتثال من المحاولة الأولى: منهجية تصميم التوافق الكهرومغناطيسي المكونة من أربع خطوات

الخطوة 1: تحديد مخاطر التوافق الكهرومغناطيسي مبكراً

الفحوصات الرئيسية خلال مرحلة التصميم:

• مناطق الطاقة والتحكم معزولة (المسافة الموصى بها ≥ 5 مم)

• يتم وضع المرشحات بالقرب من نقاط التلامس ذات مسارات التأريض التي يقل طولها عن 10 مم

• تدعم هياكل الحماية إنهاءً بزاوية 360 درجة

• المواد المستخدمة مطابقة لمعايير موثوقية صناعة السيارات

مرجع ذو صلة:
حماية الدوائر المطبوعة من التداخل الكهرومغناطيسي: من الحماية الموضعية إلى العزل على مستوى النظام

الخطوة الثانية: التصميم المشترك بين المواد والهيكل

مبادئ اختيار مواد الحماية

إرشادات التحسين الهيكلي

• أضف شطبات لضمان ضغط متساوٍ

• تجنب تأريض الكابلات "الضفيرة" - استخدم إنهاءً كاملاً بزاوية 360 درجة

• يجب توصيل أغلفة المرشحات مباشرةً، وليس عبر أسلاك التوصيل.

للاطلاع على الحلول المتوافقة مع تقنية التجميع السطحي (SMT)، انظر:
حشوات SMT | حماية فعّالة وصغيرة الحجم ضد التداخل الكهرومغناطيسي للأجهزة الإلكترونية

الخطوة 3: المحاكاة + التحقق من القياس

• محاكاة المجال القريب باستخدام HFSS أو CST للتنبؤ بمسارات المعاوقة

• إجراء اختبارات ما قبل الامتثال في مختبرات العملاء لتحديد المخاطر مبكراً

• تم التحقق من صحة جميع التحسينات من خلال البيانات المقاسة ، وليس من خلال الافتراضات.

الخطوة الرابعة: التعاون ذو الحلقة المغلقة

• أنشئ حلقة تتبع: المشكلة ← الحل ← التحقق ← التوحيد القياسي

• تحويل الإصلاحات الناجحة إلى قواعد تصميم التوافق الكهرومغناطيسي الداخلية

• استخدم الحلول المجربة مسبقًا في المشاريع الجديدة لتحقيق النجاح من المحاولة الأولى

دورنا: شريك تصميم تعاوني في مجال التوافق الكهرومغناطيسي

نحن لا نحل محل مهندسي الأنظمة. بدلاً من ذلك، نحدد الحدود الممكنة لأداء المواد والتأريض ضمن قيود التصنيع الحقيقية.

تشمل مساهمتنا ما يلي:

• تعريف المادة: TDS، نماذج المحاكاة، معلمات العملية

• الإنذار المبكر بمخاطر التوافق الكهرومغناطيسي أثناء التصميم الإنشائي

• توصيات إعادة العمل المستندة إلى البيانات

• دعم تجميع SMT واتساق الإنتاج الضخم

لفهم مخاطر موثوقية المواد على المدى الطويل، يُرجى الرجوع إلى:
التآكل الخفي للمطاط السيليكوني الموصل: كيف تقوض الكيمياء الكهربائية على المستوى الميكروي موثوقية التداخل الكهرومغناطيسي

من التفكير في إعادة العمل إلى التفكير التصميمي

لا ينبغي أبدًا "اكتشاف وإصلاح" مشكلات التوافق الكهرومغناطيسي في أنظمة MCU وOBC بعد الاختبار - بل يجب تصميمها بحيث لا تظهر منذ البداية .

إعادة العمل تكلفة.
التصميم استثمار.
التعاون هو السبيل.
والنتيجة هي الامتثال من المحاولة الأولى.

لا تقدم شركة كونليدا حلولاً سريعة شاملة. نحن نقدم حلولاً قابلة للتحقق والتكرار وجاهزة للإنتاج في مجال التوافق الكهرومغناطيسي ، تستند إلى علم المواد ومنطق الأنظمة وواقع صناعة السيارات.

إذا كان مشروع MCU أو OBC الخاص بك يواجه تحديات EMC مستمرة، فنحن على استعداد للتعاون - حتى يتم حل المشكلة من جذورها.