PCB布板不当引起Surge测试Fail的原因分析和改善方案探讨


2023年12月28日发(作者:致组词)

Articles _论文 PCB布板不当引起Surge测试Fail的原因分 析和改善方案探讨 Analysis and improvement of surge test fail caused by improper PCB layout 任国兵 REN Guohmg 合肥美的电冰箱有限,厶\司安徽合肥54OlO0 Hefei Midea Refrigo I1【1I'Co LTD Hel ̄i 3401fm 摘要 本文研究了变频冰箱因PCB板布局走线不当而引起的浪涌(Surge)澳9试Fail的原因,提出了通过调整变 频电路部分PCB板的地线走线以及去耦滤波电容的放嚣位置来提升变频电路抵抗Surge干扰能力的方 法并解决问题 关键词 变频冰箱;浪澜;地线;去耦电容 电磁兼容:电磁抗卜扰 Abstract This paper studies the reason of Surge test fail caused by the improper layout of PCB proposes a method tO improve the performance of variable frequency circuit tO resist Surge interference and solve the problem by adjusting the ground trace and decoupling capacitance of PCB of variable frequency Cjrcuit Keywords Variable frequency refrigerator:Surge;Ground trace;Decoupling capacitance;EMC;EMS ; j l ’; 脱 冰衔大都是变频冰箱,十fJ比] 定频冰箱,变 冰辅仃 彩优^,比如:低频启动、运行嵊 小、制冷速 伙、末c能17竹、 能精确控温。 然i r iJ蜓蜘刑 n址采用变频r乜路、应川 能{伞制披术束驱 动H 缩帆l , 圳精细 杂, 此十I_【l[ 定 冰衔.变频冰 也‘ 缺 ,比蜘I:成本高、电路 尔,另外就足EMC(电融 lk容)f(,J11 J题,也 EMI(电磁干扰)和EMS(【U磁机H尤)。 … 盘川J 频电路,变频冰衔会带来徽 幅值的 EM1,没it‘【1'J 仃=F扰抑制措施,川时l_1 j 控制}乜路的复 、小 圳嗣l 测而板易破十扰,变频冰皋fi义 易 现 EMSI'I ̄,j 题, U馓抗干扰十牛能『口J题,kL/JllSurge、EFT等测 IIIJ …脱敝吣l 损坏,因此需要JJlJ强抗t‘执能力的设 汁,返 会增J;llh ̄;小和技术难度。 小丈m t分析柴款变频冰箱往Surgei)l11试 变颁电路 技, 障的 i ^乏提出 决方案。 案例: 款变坝冰箱住Su rge测 惯(L/N—PE) +4kVl ̄ ,奈 JI{脱变频电路故障,IPM:II ̄FO ‘& ,¨i缩机 停l卜运转,冰 ‘段时间后能够I I仃恢 !f'Zls;1分 1 j -4C =j j毒举 囊臻譬 孟 SurgdlgJ试 【L/N—PE):l,. ̄Surge 1 t)tf,、; JJ 1I(EL/N LjpE之 J。Surge 1‘ C信写将、 能够从输入I /N lYiJpE ̄ 线之I'if]II ̄,J1'LCI!Il抗路 作为流通路 ,t-一 低 机路 也锅: (1)输入滤波IU路的Y电容,(2)¨c.tif ̄J LI n分们U侪 lh1- 缩机定J 绕组Lj.压缩机先J 之 fj 比较久的分 伽电容(中等功 缸变频冰箱】iLifjlfJLVq g{ ̄lii 弈I Jl以 刘10nF 矗右),r足Sut’ge l‘执信号叮以通过  ̄/tfl',J分n 形成 ‘个流迎路 :L/N一输入I 路 流侨__j ’^ 血Bus一 逆变电路一uvw 缩机线一 编机定J 绕 帆的分 电容一 编机先r一冰衔机先PE地线, :圳 1. 为J, SU rgc 扰刈逆变 路 响, 6 0,I 4kV 1.2/50 ̄ts((,jSurgeiix 波形能够 r扰 It 流通 l (r}『] lOnF( ̄ij分 U )J 的瞬II、V; ̄d ̄19i2#it。 参见 2,1.2/50Hs Surge r ̄Ji{波形的参数 迁.1.2gsJ,j 波前II'h'uJ,,7,I二 沿.50gs为!卜峰ff[IHflIJ. .呵以根 公』弋,= dl'Ztt求 Stu—ge I扰 I ·I流通路 lllj的瞬tt0尖 【ll流为: ,=C*dV/dt=lO*10 4000/(1 2 10“1=33A 需注意:这个通路_1I的surgeIU流仃纤过逆 IU路,『』【 l果PCB扳  ̄iifJOI、J没彳丁处 女r逆变IU踏 分m 6,t线, Surge干扰 1 I枸:会f 蘑串扰刮IPM 以/童MCU tl :j' …I ̄ql1电 路,他 IPM 块及MCU U蹄 作 常iifiltff ̄^k障。 芝 芝 0 :ji2: ̄-i i: ‘ ’ 榆 J 逆 【 路部分的 ,十I I的 机r扰 作删的滤波冗器什 有 几汁剑f ,也 :(1) 圳I 源、} t 

Articles 论文 举电路等的上椭滤波电容(C312 ̄C316、C322 ̄C324)(参 见图3);(2)IPM VFO脚(战 号输出)连接至MCU的 迮线上的滤波电 (C325)(参 【 9):(3)电流侦测返放 的电源VCC ÷椭电弈(C336)(参见l冬I5);(4)电流侦测返 放输 的Rc滤波(C337)(参见 7);(5)IPM的 i蹄俅护 电路的RC滤波(C326)(参见图3)。 此估计Surgei ̄10试Fail 的原 不在 方而的问题 J 解IPM引iF0敝障的条什:(1)IPM过温,(2)IPM过 的没计上,而f 仃町能是在PCB n 硒止线 流,(3)IPM 制电源15V偏低 IPM过温捡洲电路任IPM l~部,不易受刊i 扰,需币点考虑址 IPM电流检测电路、 IPM 制电源l 5V『U路以及IPM(]"JVFO脚输出到MCU之 的电路受 ̄llSurge信 的干扰。 根据上 的分折,进行了逆变I 路部分的PCB布 i走线的 检查,包括:(I)IPM控制电源l5vI 路榆查:(2)IPM电流榆 删电路检查:L3)IPM的FO脚输f[] ̄iq]MCU之间的电路}:;= 2 2 l IPM ̄{5 ̄1电源15V电路f:;= 图3中可以再剑电路 几汁时仃芬虑红IPM控制电源】5V JJ1]上上耦电容C324、C323,而从l ̄.14,t 看剑土耦电 C324、 C323离1PM琐块太远,已经起小刊上耦的作用了,还从 4 · 行到IPMf;l块控制电路I ̄,JGND止线没仃与控制 源l5V 并行(图4中殊线为IPM模块控带uIU路I]',JGND走线, 1 线为 制屯源15V的止线),_仃 个 人的 路,容易接受宁问 磁场,而 IPM/( ̄块控制电路的GND走j,高压南流的GND 的路径,这个 川路径长度约有150ram,需注意这个路径 t (]Surge电流流过。 这个l50nlml'l, ̄J走线,会相: ¨ l50nil的电感。 Surge [乜流路径巾的止线阻抗,将会形成‘定的电压降,I 丽计算 的Surge电流将lIJ‘以存150mm的止线形成的杂讯电¨ 降是: △V=L·d/d,=l50.10—9*33/(1.2 10.6 4.2V 这个l50mmK的走线阻抗的瞬时 降可以达: ̄lJ4.2V, 返 ̄'(:Surge 扰信号就容易从瑚¨i直流的GND串扰剑IPM 的控 ̄IJGND,他 IPM模块 ̄swEIli 稳定,极有可能触发 IPM ̄I,'JFO故障。 需婪电投止线使得IPM的GND4q要共用高¨{直流的 GND,并将IPM(1qGND与15V Jf:仃,将去耦电容靠近IPM 模块。 2.7.2 IPM电流f=;=测电路榆 6qa.J 以行到IPM电流拎测运放U301的电源去耦滤 效稳定的电源电 ,可能导敛运放U301产生过流的错跌信 号而引起报故障,需要将上揣滤波电容C336靠近电流拎测 波电容c336 离U301较远,已经起/f 到很好的去耦滤波的 运放U301放置。 作用,'S]Surge f:扰脉冲到来时,1-:,td'一tJ ̄给运放U301提供有 8 rfl可以荷剑IPM 流拎洲运放U30l的输出滤波电 67 

kArtic es 1PM fI! o o }ad·ALL 高 亢淹 lf{J1. ’, E I} 屯流 删近放1 310 -_f{口 :、 一~一 № 『Tw 上 一 ]PM电流睑 测运放输出 到MCU连 ·。 l 接脚 乓罩 日 堪 一 , !圈i 1 ! l=:: L—— 1————1目 i .毒 三匾 IPM的VFO 0 杂 !! , 脚输出到 嚣 删 弈C337 ̄[5.离所连接的MCU u3()2较远,蚪I I i-。 址C337的 一 hN((JSurge ̄扰信 l】JJfi ̄Su rge 1 扰 i I I j,-人 j11起{}iiI 地线绕'r 火 连刮Mcu,已 起 剑仃效的滤波作川, 障,需婴将滤波电 C325 TI 近MCU U302坡 ’。]Surge f扰J]sjQ;tJ ̄lJ术u、j,滤波iU容C337将 能给滤扣】r运放 墨 U3(}I输H 亿 flI叠)J[I!Il' ̄JSurge I 扰f。、i1 I,【lJ  iJu。Surge 1 }J f 。号 过人『m jI起报. 障, * 将滤波1U棒C337 近MCU U302 放臀,编 I 近披地线的长发 2.2.3 IPM的FO JJ圭IJ输iI} 0MCU之ftIJn勺 } 愉 lOt”可以  ̄JCEMCU连接 IPM vF0 r]qi ̄波【li弈 3祭改对策车¨效 蝓i 针对} 面所榆 列的逆变tlZ ̄ffPCB扳 线缺 :IPM『U 流检测电路、IPM 制 源15vtl! ̄8以及IPM的F0 输…纠 MCU之间的电路,做如 ,Ill版PCB 丈物 10, C325地线路 爪K,绕J ‘ ,没仃就近连接j;_J【Mcu U302 正式修改的PCB文档见 ¨~l5。 接地端, 起1 剁ff效的滤波作川,、‘]Surge H尤脉冲刘 ·II (1)IPM l5V(第4脚f¨ l2 Jil1)分圳 ̄,fCOM㈣(地) 并联一颗1O4 l电容C307、C308, }lIPM C0M GND 水IIIf,滤波lu棒C325将 能给滤掉IPM VFO输¨ 

Articles 论文 线九剑lU侪tqi:iitjCOM脚,{{}剑J I几什。参见I l1( }l! I)、 l2( 1 处JJ l_}U )、1 13(红 处JJ11电奈)。 (2)改JPM COM ̄]Ji[J接地 J· :跳线J1064 ̄ (接t I取 ”【I ̄1;II ),c0M 『I勺地(C328 ̄b)从C206 ̄L (Jf:天『U源 l5VIU溯!输¨{ r fn地)处 jlH 。爹 iI1(怀汁2)、【划l2。 (3)将取样返/j ̄(U301输…n 滤波I 窬C337;"it。; ̄J)d2MCU o /一——、、、 \ C325)/  U302 J 放 f,{ t -盘接地线J 翘 。参 ll( f{ 3)、 14。 (4) L MCU连拔 lPM VFO』 ̄lJI%滤波lU容C325 {费地 jI线,使地线路if--. , 近连接 1MCU U3()2梭地 。参 1 I( ifii4)、 14。 (5)将取样运放U301 1'14J5V GNDtL ̄窬C336靠近U301 放 ..参 l划1 1(杯}i-5)、 l5 蔓 氧 将 火IJ! ̄PCB进 物修 ^ ,放,I!榉机冰辅 进 Surge』 做(L/N.PE)-1-4kVi)I! ̄ 3个 E祭川蚓,没仃ll』… 现IPM报FO 0&障、 缩机 I{:运转 题。之』r }}f川J 修 ,Ycq:.1、 I'(,JPCB设 惨机冰铺 _j样测试求¨I观 0, 9¨ 对 址仃效的。 {结沦 冰 J 1约 {’JlI 门I~ j分 ¨ 棒;)4Su rge』 俄(L/N PE)lU 流 供J 流迎路 ,使 仃较人的Surge【U流会 过逆变lU 路,I}I J 没仃处 制删1 分的PCB JljI J线,柑【IjlJ足 _{jIJIU弼 、地线以及I 流伶测、 仆圳 、反饿 Ij锋ff.kL ̄ lU 6 ,m 他 }逆变l }}I:竹: 能承一;TzSm ge ¨ 卜扰mnIJ FO 迎过州 逆变电路的们蹦 线,提Yl逆,叟l Ll路 的{【【机l 扰的能/J,使褂J :-Ⅲ悲够迎过Sm‘ge测 。 “i剧m变 l也路的PCB舨们J 6们线的 小馁求: (1) 制芯”MCU及IU流伶删运放 靠近IPM帧 墩灏 (2)『 ’ K l tiigL+/一BUS、{ JI【i源、} 『) lUI 符f 2- 滤 波lU 近所J_『Il{ 『l勺PIN (3)IPM【 流榆测rJl线心从取样dZl!tl化烈迎接, Jl线 』 , 祭J 流拎洲 j』线jf=}J,蚪 议他川地线求 },】jU 流伶测 j 止线。 (4)逆 fU踏ltlfJ地 滤波『Ll 处 j功率 }’}}的 地线一] · .I连接,/f、皑J 』{J K f门地线路} 。 (5)IPM VFO ,川I土u输…争MCUf『0违线J 的滤波叱 I 姚j 近接刽Mcu接地端。 (6)MCU. ̄IJIPM((,J 制 } *仃GND)i:{J:, 护 制 r g-≤ IPⅥ 模块 §- 三 避L 婚争爆 L一 一 lj免受 il-, ̄f 扰 (7)将Iu流侦测延放OP r<lJ,输…的RC滤波lU 近 MCU放 (8)I:I^il!}}f }J、·lU RC滤波器J_I5(j f IPMf {J、'CSCf_ lC0M的附近。 参考文献 I1 J ou I 1/626 b 2008电磁兼容试验和测量技术浪涌(;中击)抗扰度 试验中国标准出版社 l P 郑军奇 I M0电磁兼容设计与测试案例分析 电子工业出版社, PO06 1 P 69 


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