便携迷你移动电源无线充线圈电路 EMC 传导摸底 结合 IEC 61000-6-3 标准验证线圈供电传导屏蔽有效性

干扰源分析与传导路径识别

1. 核心干扰源定位

无线充线圈电路的传导干扰主要源于以下高频噪声：

• 功率器件开关谐波：MOSFET/IGBT 的开关动作（dv/dt>50V/ns）产生 150kHz-30MHz 的谐波，通过电源线传导。例如，某案例中开关频率为 500kHz 时，其 60 次谐波（30MHz）超出限值 3dB。

• LCL 补偿网络谐振：补偿电容与线圈电感的谐振（如 110-205kHz）可能引发高频噪声放大，导致传导超标。

• 充电协议调制干扰：如 Qi 协议的 ASK 调制信号（频率约 100kHz）可能通过电源线传导，形成离散频点干扰。

2. 传导路径解析

• 共模干扰路径：线圈与地之间的寄生电容（C_p≈10-100pF）使高频噪声通过地平面传导至电源端口。

• 差模干扰路径：功率回路（线圈 - 开关管 - 电容）的阻抗不匹配（如走线过长导致感抗增大）引发差模电流辐射。

• 控制信号耦合：PWM 控制线与电源线平行敷设（间距 < 5mm）时，磁场耦合将干扰注入电源系统。

屏蔽设计优化策略

1. 线圈屏蔽层材料与结构

• 材料选择：采用 Mn-Zn 铁氧体磁片（厚度 0.3mm，磁导率 μi≥5000）贴于线圈背面，可将磁场泄漏降低 20dB 以上。对于更高要求场景，可叠加 30μm 厚的金属屏蔽网（如铜网），并单点接地。

• 结构设计：

• 线圈采用 “印刷线圈 + 磁屏蔽” 共面结构，缩短磁场泄漏路径。

• 屏蔽层边缘需超出线圈外径 2mm 以上，避免边缘效应。

2. 接地与滤波技术

• 接地优化：

• 屏蔽层通过宽度≥2mm 的铜箔直接连接到 PCB 地平面，接地阻抗≤0.1Ω。

• 采用 “星型接地”，将功率地与信号地在电源入口处单点连接，避免地环流。

• 滤波网络设计：

• 输入级：添加 π 型滤波器（如 10μH 磁珠 + 0.1μF 陶瓷电容），抑制 150kHz-30MHz 共模干扰。

• 输出级：在充电协议芯片（如 SLM6600）的 Vin 引脚并联 0.1μF 陶瓷电容（距离≤3mm），降低电源噪声耦合。

3. PCB 布局优化

• 功率回路控制：将线圈、MOSFET 和补偿电容紧凑布局，使功率回路面积 < 15mm²，减少辐射天线效应。

• 信号隔离：PWM 控制线采用差分传输，并与电源线保持≥5mm 间距，两侧添加接地过孔形成屏蔽走廊。

• 地平面完整性：芯片下方设置完整地平面，禁止走信号线，避免地平面分割引发的高频噪声扩散。

测试验证方法与流程

1. 测试标准与限值

根据 IEC 61000-6-3 标准，住宅环境下传导抗扰度限值为：

• 150kHz-500kHz：34dBμV（准峰值）

• 500kHz-30MHz：30dBμV（准峰值）测试需使用线性阻抗稳定网络（LISN），并在屏蔽室内进行，确保环境噪声低于限值 6dB 以上。

2. 测试步骤与关键点

1. 预测试：

• 使用频谱分析仪扫描 150kHz-30MHz 频段，记录超标频点（如某产品在 1.2MHz 处超标 5dB）。

• 通过近场探头定位干扰源（如线圈边缘或 MOSFET 引脚）。

2. 屏蔽有效性验证：

• 断开线圈供电，单独测试屏蔽层接地阻抗（目标 < 0.1Ω）。

• 对比屏蔽层接地前后的传导曲线，若屏蔽效能≥10dB，则判定有效。

3. 整改后测试：

• 调整滤波参数或屏蔽结构后，重新测试全频段，确保所有频点符合限值。

• 重点验证 150kHz-30MHz 频段，特别是开关频率谐波和协议调制频点。

典型整改案例与效果

1. 案例 1：LCL 网络优化

• 问题：某无线充电路在 1.5MHz 处传导超标 4dB。

• 整改措施：

• 将补偿电容从 2.2nF 调整为 1.8nF，使谐振频率偏离 1.5MHz。

• 在 LCL 网络中串联 10Ω 电阻，阻尼谐振峰值。

• 效果：1.5MHz 处传导值从 34dBμV 降至 28dBμV，符合限值。

2. 案例 2：屏蔽层升级

• 问题：线圈未加屏蔽时，30MHz 传导值达 36dBμV（超标 6dB）。

• 整改措施：

• 在线圈背面粘贴 0.3mm 厚 Mn-Zn 铁氧体磁片，并通过铜箔接地。

• 更换为双层屏蔽线圈（内层铝箔 + 外层编织网）。

• 效果：30MHz 传导值降至 27dBμV，屏蔽效能达 9dB。

风险控制与长期可靠性

1. 材料兼容性

• 铁氧体磁片需通过 - 40℃~85℃的温度循环测试，避免低温脆化或高温退磁。

• 金属屏蔽网需进行盐雾测试（5% NaCl 溶液，48 小时），防止腐蚀导致屏蔽效能下降。

2. 冗余设计

• 采用 “屏蔽层 + 滤波电容” 双重防护，如在电源入口并联 1nF Y 电容，抑制共模干扰。

• 设计可更换的滤波模块，便于后期维护时调整参数。

工具与设备建议

• 干扰定位：近场探头（如 Rohde & Schwarz HZ-15）+ 频谱分析仪（如 Keysight N9020B）。

• 屏蔽效能测试：屏蔽效能测试夹具（如 Narda 8100 系列），覆盖 10kHz-1GHz 频段。

• 传导抗扰度测试：北京森馥 KH3846 系统，支持 CDN 法和电磁钳法，输出 30V 测试电压。