Optimisation de la conception CEM pour les microcontrôleurs et les cartes de contrôle embarquées : de l’échec de la reprise à la conformité dès la première tentative

Dans le développement de l'électronique de puissance des véhicules électriques, le calculateur moteur (MCU) et le chargeur embarqué (OBC) figurent parmi les sous-systèmes les plus sensibles aux interférences électromagnétiques (IEM). Avec la généralisation des plateformes haute tension, des fréquences de commutation rapides et des boîtiers compacts, les problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM) ne sont plus l'exception, mais des conséquences prévisibles des choix de conception initiaux.

Pourtant, de nombreux projets reposent encore sur un flux de travail réactif :
prototype → échec du test EMC → retouche → nouveau test .
Ce processus est chronophage, coûteux et aboutit souvent à une impasse une fois les structures mécaniques figées.

S’appuyant sur de multiples projets réels de co-conception de microcontrôleurs et d’ordinateurs de bord embarqués, cet article décrit une méthode éprouvée pour passer de l’échec répété des corrections EMC à la conformité dès le premier passage , démontrant ainsi pourquoi l’EMC est fondamentalement un problème de conception , et non une solution après test.

Pourquoi les modifications EMC échouent : Leçons tirées de projets réels de microcontrôleurs et de cartes mères embarquées

Cas 1 : Les émissions rayonnées du microcontrôleur dépassent la limite de 12 dB

Problème
Les émissions rayonnées ont dépassé les limites jusqu'à 12 dB dans la gamme 30–200 MHz.

Approche originale
Tissu conducteur standard appliqué pour blinder la carte de commande du microcontrôleur, avec de grands espaces mécaniques.

causes profondes

• Le faible rebond du tissu conducteur a augmenté l'impédance de contact au fil du temps.

• Absence de chanfreinage aux bords de contact, rupture de la continuité du blindage

• Incompatible avec les procédés SMT, ce qui entraîne une mise à la terre instable.

Solution optimisée

• Joint remplacé par un joint CMS (série SMD-G-KLD)

• Optimisation du chanfrein structurel

• Taux de compression contrôlé de 25 à 30 %

Résultat
Les émissions rayonnées ont été réduites de 15 dB, réussissant la norme CISPR 25 Classe 3 en un seul cycle de test.

Points clés à retenir
Les matériaux de blindage doivent être adaptés à la structure, au processus et à la fiabilité du cycle de vie , et pas seulement à la conductivité.

Cas 2 : Défaillance des émissions conduites de l’OBC à 150 kHz

Problème
Les émissions conduites ont dépassé les limites de 8 dB à 150 kHz ; le filtrage d'entrée et de sortie s'est avéré inefficace.

Approche originale
Filtre π standard utilisé, mais boîtier du filtre laissé flottant.

causes profondes

• Le boîtier métallique flottant permettait le couplage du bruit capacitif

• Le trajet de masse dépassait 20 mm, augmentant l'impédance inductive.

• Aucun matériau à faible impédance pour la mise à la terre coplanaire

Solution optimisée

• Joint en caoutchouc silicone conducteur assurant la liaison directe du boîtier du filtre à l'enceinte.

• Trajet au sol raccourci à <10 mm

• Ruban de blindage en feuille d'aluminium permettant la terminaison du câble à 360°

Résultat
Émissions conduites réduites de 18 dB, entièrement conformes à la norme GB 34660.

Points clés à retenir
Les performances du filtre dépendent davantage de la qualité de la mise à la terre que des seules valeurs des composants.

De l'échec à la conformité dès la première tentative : une méthode de conception CEM en quatre étapes

Étape 1 : Identification précoce des risques CEM

Points clés à vérifier lors de la phase de conception :

• Zones d'alimentation et de commande isolées (espacement recommandé ≥ 5 mm)

• Filtres placés à proximité des interfaces avec des chemins de mise à la terre < 10 mm

• Les structures de blindage supportent une terminaison à 360°

• Les matériaux répondent aux normes de fiabilité automobile

Référence associée :
Blindage EMI des circuits imprimés : de la protection ponctuelle à l’isolation au niveau du système

Étape 2 : Conception conjointe matériau-structure

Principes de sélection des matériaux de blindage

Lignes directrices pour l'optimisation structurelle

• Ajouter des chanfreins pour assurer une compression uniforme

• Évitez la mise à la terre par câble en « queue de cochon » — utilisez une terminaison complète à 360°

• Les boîtiers de filtre doivent être reliés directement à la terre, jamais par des fils volants.

Pour les solutions compatibles SMT, voir :
Joints SMT | Protection EMI compacte et performante pour appareils électroniques

Étape 3 : Simulation + Vérification des mesures

• Simulation en champ proche utilisant HFSS ou CST pour prédire les chemins d'impédance

• Tests de pré-conformité dans les laboratoires des clients pour identifier les risques au plus tôt

• Toutes les optimisations sont validées par des données mesurées , et non par des suppositions.

Étape 4 : Collaboration en boucle fermée

• Mettre en place une boucle de traçabilité : problème → solution → validation → normalisation

• Convertir les correctifs efficaces en règles de conception EMC internes

• Appliquer dès le départ des solutions éprouvées dans les nouveaux projets pour obtenir un succès dès la première tentative

Notre rôle : Partenaire de conception EMC collaborative

Nous ne remplaçons pas les architectes système. Nous définissons plutôt les limites réalisables des performances matérielles et de mise à la terre en tenant compte des contraintes réelles de fabrication.

Notre contribution comprend :

• Définition des matériaux : TDS, modèles de simulation, paramètres de procédé

• Avertissements précoces concernant les risques de CEM lors de la conception structurelle

• Recommandations de retravail fondées sur les données

• Prise en charge de l'assemblage SMT et de la cohérence de la production en série

Pour comprendre les risques à long terme liés à la fiabilité des matériaux, veuillez consulter :
Corrosion cachée du caoutchouc de silicone conducteur : comment l’électrochimie à l’échelle micrométrique compromet la fiabilité des interférences électromagnétiques

De la pensée de retravail à la pensée de conception

Les problèmes de CEM dans les systèmes MCU et OBC ne doivent jamais être « découverts et corrigés » après les tests ; ils doivent être éliminés dès la conception .

Les retouches ont un coût.
Le design est un investissement.
La collaboration est la voie à suivre.
La conformité dès la première étape est le résultat.

Konlida ne propose pas de solutions miracles. Nous fournissons des solutions CEM vérifiables, reproductibles et prêtes pour la production , fondées sur la science des matériaux, la logique des systèmes et les réalités de la fabrication automobile.

Si votre projet MCU ou OBC rencontre des difficultés persistantes en matière de CEM, nous sommes prêts à collaborer jusqu'à ce que le problème soit résolu à la racine.