Оптимизация конструкции микроконтроллеров и бортовых зарядных устройств с точки зрения электромагнитной совместимости: от неудачных попыток доработки до соответствия требованиям с первого раза.
В разработке силовой электроники для электромобилей (EV) блок управления двигателем (MCU) и бортовое зарядное устройство (OBC) относятся к числу наиболее проблемных с точки зрения электромагнитной совместимости подсистем. Поскольку высоковольтные платформы, высокие частоты переключения и компактные корпуса становятся стандартом, проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) перестали быть исключением — они стали предсказуемым результатом ранних проектных решений.
Однако многие проекты по-прежнему полагаются на реактивный рабочий процесс:
прототип → сбой в тестировании на электромагнитную совместимость → доработка → повторное тестирование .
Этот замкнутый круг отнимает время, увеличивает затраты и часто заходит в тупик, как только механические конструкции окончательно закреплены.
На основе многочисленных реальных проектов по совместному проектированию микроконтроллеров и бортовых компьютеров в этой статье описывается проверенный путь от неоднократных неудачных попыток устранения электромагнитной совместимости до достижения соответствия требованиям с первого раза , демонстрируя, почему электромагнитная совместимость — это, по сути, проблема проектирования , а не исправление после тестирования.
Почему переделка EMC терпит неудачу: уроки реальных проектов с микроконтроллерами и бортовыми компьютерами.
Случай 1: Уровень излучения микроконтроллера превышает допустимый предел на 12 дБ.
Проблема
Уровень излучаемых помех превышал допустимые значения до 12 дБ в диапазоне 30–200 МГц.
Первоначальный подход
Стандартная проводящая ткань, используемая для экранирования платы управления микроконтроллера, имеет большие механические зазоры.
Коренные причины
Слабая упругость проводящей ткани со временем приводила к увеличению контактного импеданса.
Отсутствие фаски на стыковочных кромках, нарушающей целостность экранирования.
Несовместимо с процессами поверхностного монтажа, что приводит к нестабильному заземлению.
Оптимизированное решение
Заменена на прокладку SMT (серия SMD-G-KLD).
Оптимизация фаски конструкции
Контролируемая степень сжатия 25–30%.
Результат
Уровень излучаемых помех снижен на 15 дБ, соответствие стандарту CISPR 25 Class 3 за один цикл испытаний.
Главный вывод
Экранирующие материалы должны соответствовать требованиям к надежности по структуре, технологическому процессу и сроку службы, а не только к проводимости.
Случай 2: Сбой в работе бортового компьютера из-за кондуктивных помех на частоте 150 кГц.
Проблема
Излучение на входе и выходе превысило допустимые пределы на 8 дБ на частоте 150 кГц; фильтрация неэффективна.
Первоначальный подход
Используется стандартный π-фильтр, но корпус фильтра оставлен свободно плавающим.
Коренные причины
Плавающий металлический корпус обеспечивал емкостную шумоподавление.
Длина заземляющего контура превысила 20 мм, что привело к увеличению индуктивного импеданса.
Отсутствует материал с низким импедансом для копланарного заземления.
Оптимизированное решение
Проводящая силиконовая резиновая прокладка, обеспечивающая прямое соединение корпуса фильтра с корпусом.
Длина заземляющего контура сокращена до <10 мм
Экранирующая лента из алюминиевой фольги, обеспечивающая подключение кабеля на 360°
Результат
Уровень кондуктивных помех снижен на 18 дБ, что полностью соответствует стандарту GB 34660.
Главный вывод
Эффективность фильтра в большей степени зависит от качества заземления , чем только от номиналов компонентов.
От неудачи к безупречному соответствию требованиям: четырехэтапный метод проектирования с учетом электромагнитной совместимости.
Шаг 1: Раннее выявление рисков электромагнитной совместимости
Основные проверки на этапе проектирования:
Зоны питания и управления изолированы (рекомендуемое расстояние ≥5 мм).
Фильтры, размещенные вблизи интерфейсов с путями заземления <10 мм
Экранирующие конструкции обеспечивают завершение процесса на 360°
Материалы соответствуют автомобильным стандартам надежности.
Связанная ссылка:
Экранирование печатных плат от электромагнитных помех: от точечной защиты до изоляции на системном уровне.
Шаг 2: Совместное проектирование материала и структуры
Принципы выбора экранирующих материалов
| Прикладной подход | Рекомендуемый объект недвижимости |
|---|---|
| Электромагнитные помехи высокой частоты | Поверхностное сопротивление ≤0,006 Ом/кв. |
| Высокая вибрация | Объемное удельное сопротивление ≤0,004 Ом·см |
| Совместимость с SMT | Устойчивая к оплавлению проводящая пена |
Рекомендации по структурной оптимизации
Добавьте фаски для обеспечения равномерного сжатия.
Избегайте заземления кабеля типа «косичка» — используйте полное 360° заземление.
Корпуса фильтров должны быть соединены напрямую, ни в коем случае не посредством проводов.
Для решений, совместимых с SMT, см.:
SMT-прокладки | Компактная, но мощная защита электронных устройств от электромагнитных помех
Шаг 3: Моделирование + Проверка измерений
Моделирование ближнего поля с использованием HFSS или CST для прогнозирования путей импеданса.
Предварительное тестирование на соответствие требованиям в лабораториях заказчика для выявления рисков на ранней стадии.
Все оптимизации подтверждены измеренными данными , а не предположениями.
Шаг 4: Совместная работа в замкнутом цикле
Создайте отслеживаемый цикл: проблема → решение → проверка → стандартизация
Преобразуйте успешные решения в внутренние правила проектирования с учетом электромагнитной совместимости.
Для достижения успеха с первого раза применяйте проверенные решения на начальном этапе новых проектов.
Наша роль: Партнер по совместному проектированию в области электромагнитной совместимости.
Мы не заменяем системных архитекторов. Вместо этого мы определяем допустимые пределы характеристик материалов и заземления в рамках реальных производственных ограничений.
Наш вклад включает в себя:
Определение материала: TDS, имитационные модели, параметры процесса.
Раннее предупреждение о рисках электромагнитной совместимости на этапе проектирования конструкции.
Рекомендации по доработке на основе данных
Поддержка стабильной работы SMT-сборки и массового производства.
Для понимания рисков, связанных с надежностью материалов в долгосрочной перспективе, обратитесь к следующим источникам:
Скрытая коррозия проводящей силиконовой резины: как микромасштабная электрохимия подрывает надежность защиты от электромагнитных помех.
От переосмысления подходов к дизайн-мышлению
Проблемы электромагнитной совместимости в системах микроконтроллеров и бортовых компьютеров никогда не следует «обнаруживать и исправлять» после тестирования — их следует исключать с самого начала проектирования .
Переделка — это затраты.
Дизайн — это инвестиция.
Сотрудничество — это путь.
Результатом является соответствие требованиям с первого раза.
Компания Konlida не предлагает универсальных решений. Мы предоставляем проверяемые, воспроизводимые и готовые к производству решения в области электромагнитной совместимости , основанные на материаловедении, системной логике и реалиях автомобильного производства.
Если ваш проект, связанный с микроконтроллером или бортовым компьютером, сталкивается с постоянными проблемами электромагнитной совместимости, мы готовы к сотрудничеству — до тех пор, пока проблема не будет решена в корне.
PRODUCTS
ABOUT US