Ottimizzazione della progettazione EMC per MCU e OBC: dal fallimento della rilavorazione alla conformità al primo passaggio

Nello sviluppo dell'elettronica di potenza per veicoli elettrici (EV), l'unità di controllo motore (MCU) e il caricabatterie di bordo (OBC) sono tra i sottosistemi più esposti alle interferenze elettromagnetiche (EMI). Con l'avvento di piattaforme ad alta tensione, frequenze di commutazione elevate e packaging compatto, i problemi di compatibilità elettromagnetica (EMC) non sono più un'eccezione, ma un risultato prevedibile delle prime decisioni di progettazione.

Tuttavia, molti progetti si basano ancora su un flusso di lavoro reattivo:
prototipo → fallimento del test EMC → rielaborazione → nuovo test .
Questo ciclo richiede tempo, aumenta i costi e spesso giunge a un punto morto quando le strutture meccaniche vengono congelate.

Basato su molteplici progetti reali di co-progettazione di MCU e OBC, questo articolo delinea un percorso collaudato che va dai ripetuti fallimenti di rielaborazione EMC alla conformità al primo passaggio , dimostrando perché l'EMC è fondamentalmente un problema di progettazione e non una soluzione post-test.

Perché la rielaborazione EMC fallisce: lezioni da progetti MCU e OBC reali

Caso 1: le emissioni irradiate dall'MCU superano il limite di 12 dB

Problema
Le emissioni irradiate hanno superato i limiti fino a 12 dB nell'intervallo 30-200 MHz.

Approccio originale
Tessuto conduttivo standard applicato per schermare la scheda di controllo MCU, con ampi spazi meccanici.

Cause profonde

• Il cattivo rimbalzo del tessuto conduttivo aumenta l'impedenza di contatto nel tempo

• Nessuna smussatura sui bordi di accoppiamento, interrompendo la continuità della schermatura

• Incompatibile con i processi SMT, che porta a una messa a terra instabile

Soluzione ottimizzata

• Sostituito con guarnizione SMT (serie SMD-G-KLD)

• Ottimizzazione dello smusso strutturale

• Rapporto di compressione controllato del 25-30%

Risultato
Emissioni irradiate ridotte di 15 dB, superando la norma CISPR 25 Classe 3 in un singolo ciclo di prova.

Conclusione chiave
I materiali schermanti devono soddisfare requisiti di struttura, processo e affidabilità del ciclo di vita , non solo di conduttività.

Caso 2: le emissioni condotte OBC falliscono a 150 kHz

Problema
Le emissioni condotte hanno superato i limiti di 8 dB a 150 kHz; il filtraggio di ingresso e uscita è inefficace.

Approccio originale
È stato utilizzato un filtro π standard, ma l'alloggiamento del filtro è rimasto flottante.

Cause profonde

• L'alloggiamento metallico flottante ha consentito l'accoppiamento del rumore capacitivo

• Il percorso di terra ha superato i 20 mm, aumentando l'impedenza induttiva

• Nessun materiale a bassa impedenza per la messa a terra complanare

Soluzione ottimizzata

• Guarnizione in gomma siliconica conduttiva che collega direttamente l'alloggiamento del filtro all'involucro

• Percorso di terra accorciato a <10 mm

• Nastro schermante in alluminio che consente la terminazione del cavo a 360°

Risultato
Emissioni condotte ridotte di 18 dB, pienamente conforme alla norma GB 34660.

Conclusione chiave
Le prestazioni del filtro dipendono più dalla qualità della messa a terra che dai soli valori dei componenti.

Dal fallimento alla conformità al primo passaggio: un metodo di progettazione EMC in quattro fasi

Fase 1: Identificazione precoce del rischio EMC

Controlli chiave durante la fase di progettazione:

• Zone di alimentazione e controllo isolate (spaziatura consigliata ≥5 mm)

• Filtri posizionati in prossimità di interfacce con percorsi di messa a terra <10 mm

• Le strutture di schermatura supportano la terminazione a 360°

• I materiali soddisfano gli standard di affidabilità automobilistica

Riferimento correlato:
Schermatura EMI per PCB: dalla protezione puntuale all'isolamento a livello di sistema

Fase 2: Progettazione congiunta di materiali e strutture

Principi di selezione dei materiali schermanti

Linee guida per l'ottimizzazione strutturale

• Aggiungere smussi per garantire una compressione uniforme

• Evitare la messa a terra del cavo "pigtail": utilizzare una terminazione completa a 360°

• Gli alloggiamenti dei filtri devono essere collegati direttamente, mai tramite cavi volanti

Per soluzioni compatibili con SMT, vedere:
Guarnizioni SMT | Protezione EMI compatta ma potente per dispositivi elettronici

Fase 3: Simulazione + Verifica della misurazione

• Simulazione in campo vicino utilizzando HFSS o CST per prevedere i percorsi di impedenza

• Test di pre-conformità nei laboratori dei clienti per identificare tempestivamente i rischi

• Tutte le ottimizzazioni sono convalidate da dati misurati , non da ipotesi

Fase 4: Collaborazione a ciclo chiuso

• Costruire un ciclo tracciabile: problema → soluzione → convalida → standardizzazione

• Convertire le correzioni riuscite in regole di progettazione EMC interne

• Applicare soluzioni comprovate in anticipo nei nuovi progetti per ottenere il successo al primo passaggio

Il nostro ruolo: partner di progettazione EMC collaborativa

Non sostituiamo gli architetti di sistema. Piuttosto, definiamo i limiti praticabili delle prestazioni dei materiali e della messa a terra entro i vincoli di produzione reali.

Il nostro contributo comprende:

• Definizione del materiale: TDS, modelli di simulazione, parametri di processo

• Avvisi tempestivi sui rischi EMC durante la progettazione strutturale

• Raccomandazioni di rielaborazione basate sui dati

• Supporto per l'assemblaggio SMT e la coerenza della produzione di massa

Per comprendere i rischi di affidabilità dei materiali a lungo termine, fare riferimento a:
Corrosione nascosta della gomma siliconica conduttiva: come l'elettrochimica su microscala compromette l'affidabilità EMI

Dal Rework Thinking al Design Thinking

I problemi EMC nei sistemi MCU e OBC non dovrebbero mai essere "trovati e risolti" dopo i test: dovrebbero essere progettati fin dall'inizio .

La rielaborazione ha un costo.
Il design è un investimento.
La collaborazione è la strada giusta.
Il risultato è la conformità al primo passaggio.

Konlida non offre scorciatoie universali. Forniamo soluzioni EMC verificabili, ripetibili e pronte per la produzione , basate sulla scienza dei materiali, sulla logica di sistema e sulla realtà della produzione automobilistica.

Se il tuo progetto MCU o OBC si trova ad affrontare persistenti problemi EMC, siamo pronti a collaborare, finché il problema non sarà risolto alla radice.