多口输出移动电源 USB-A/Type-C 并联电路 EMC 传导预测试 按 EN 55032 标准

标准与测试环境搭建：锚定传导限值与真实工况

1. EN 55032 Class B 传导限值明确

根据 EN 55032:2015 标准，150kHz-30MHz 频段电源端子传导骚扰限值如下，需重点关注 “准峰值（QP）” 和 “平均值（AV）” 双检波模式：

• 150kHz-500kHz：准峰值≤46dBμV，平均值≤36dBμV；

• 500kHz-30MHz：准峰值≤40dBμV，平均值≤30dBμV。

2. 多设备充电工况模拟

测试需复现真实使用场景，避免单一负载下的 “假合格”，核心模拟条件包括：

• 端口组合：覆盖 “USB-A 单口”“Type-C 单口”“USB-A+Type-C 双口”“双 USB-A+Type-C 三口” 等所有并联组合；

• 负载等级：每端口加载 20%/50%/ 额定电流（如 USB-A 2.4A、Type-C 3A），模拟手机、平板、耳机等不同设备充电需求；

• 动态切换：设置每 30 秒切换一次端口负载（如单口→双口→三口循环），捕捉负载突变时的传导尖峰。

3. 测试设备配置

• 核心设备：线性阻抗稳定网络（LISN，如 R&S ESL3）、频谱分析仪（如 Keysight N9020B）；

• 连接要求：LISN 串联在移动电源 AC 输入端（或 DC 适配器端），确保测试链路阻抗符合 50Ω 标准，背景噪声需低于限值 10dB 以上。

干扰源定位：锁定并联电路核心痛点

多口并联场景下，传导骚扰超标的核心原因是 “多路径干扰叠加”，需通过 “频谱分析 + 近场扫描” 定位：

1. 传导频谱特征识别

通过 LISN 采集传导数据，重点关注以下干扰特征：

• 谐波叠加：若单口充电时某频点（如 1MHz）传导值为 38dBμV，双口并联后升至 42dBμV，说明多路 Buck 转换器开关频率未同步，导致谐波能量叠加；

• 瞬态尖峰：负载切换瞬间（如三口启动充电），150kHz-1MHz 频段出现 5-8dBμV 的尖峰，源于输入电流瞬变（di/dt>1A/μs）引发的传导噪声；

• 共模主导：在 LISN 的 “共模测试端” 测得骚扰值比 “差模端” 高 10dB 以上，说明 USB 接口共模电流（通过线缆屏蔽层 / 地环路）是主要干扰路径。

2. 近场探头扫描定位

使用 H 场探头（如 Tektronix TDP0500）扫描 PCB 关键区域，锁定干扰源：

• 功率回路：并联 Buck 转换器的电感、MOS 管、输入电容组成的环路，若环路面积 > 2cm²，会产生强差模传导噪声；

• USB 接口电路：Type-C 的 PD 协议芯片（如 PI PowiGaN 系列）供电引脚未滤波，1-10MHz 频段噪声通过 VBUS 线传导；

• 地平面：功率地与信号地（如 USB 数据地）未单点连接，形成地环路，导致 150kHz-500kHz 低频传导超标。

硬件优化：阻断并联电路干扰路径

针对并联场景的 “多源叠加”“瞬态冲击”“共模耦合” 问题，从拓扑、滤波、布局三方面优化：

1. 电源拓扑与同步控制

• 开关频率同步：多路 Buck 转换器采用 “主从同步” 设计，由同一时钟芯片（如 TI CDCE6214）控制开关频率（建议设为 650kHz，避开 AM 广播频段），避免频率偏移导致的谐波叠加；

• 瞬态抑制：在每路 Buck 输入侧串联 “1Ω 功率电阻 + 10μF 钽电容”，抑制负载切换时的电流瞬变，可降低 150kHz-1MHz 尖峰 3-5dBμV。

2. 多级滤波网络设计

• 输入侧滤波：

• 差模滤波：在 AC 适配器输入端（或移动电源内置电池输入端）并联 X2 电容（0.22μF/275V）+ 差模电感（100μH），针对 150kHz-500kHz 低频差模噪声；

• 共模滤波：串联共模扼流圈（如 TDK ACM6060-102），其在 30MHz 频段阻抗≥1kΩ，抑制 USB 接口共模电流；

• 输出侧滤波：

• USB-A/Type-C 端口 VBUS 线串联铁氧体磁珠（如 Murata BLM18PG102SN1），在 10MHz 频段阻抗≥100Ω；

• Type-C 端口的 CC 线（协议通信线）并联 100pF 陶瓷电容到地，滤除 PD 协议握手时的高频噪声。

3. PCB 布局关键规则

• 功率环路小化：每路 Buck 的 MOS 管、电感、输入电容需紧凑布局，环路面积控制在 1cm² 以内，减少差模辐射向传导的转化；

• 地平面分割：采用 “功率地（Buck 回路）- 接口地（USB 屏蔽地）- 信号地（PD 芯片地）” 三级分割，通过 0Ω 电阻单点汇接至主地，避免地环路；

• 线缆隔离：PCB 上的 USB VBUS 线（高压大电流）与数据信号线（D+/D-、CC）间距≥3mm，交叉处垂直布线，降低电场耦合。

软件协同：优化多设备充电动态稳定性

硬件优化基础上，通过软件算法减少动态工况下的干扰波动：

1. 负载均衡控制：当多口充电时，通过 MCU（如 STM32G0 系列）动态分配每路输出电流，避免单路过载导致的电流畸变，将传导值波动控制在 2dB 以内；

2. 扩频调制（SSFM）：将 Buck 开关频率在 650kHz±5% 范围内随机跳变，使谐波能量分散到宽频带，可降低特定频点（如 3.25MHz，5 次谐波）传导值 4-6dB；

3. PD 握手时序优化：Type-C 端口与设备握手时，采用 “缓慢升压” 策略（VBUS 电压从 0V 升至 5V 耗时 50ms），减少电压瞬变引发的传导尖峰。

验证与稳定性评估：覆盖全场景边界条件

整改后需通过 “基础测试 + 边界测试” 确保传导稳定性：

1. 基础传导测试

在标准测试环境下，对所有端口组合、负载等级进行传导扫描，要求：

• 150kHz-30MHz 全频段传导值低于 EN 55032 Class B 限值≥6dB（即留有足够余量）；

• 负载切换时无超过限值的瞬态尖峰（需开启频谱仪 “峰值保持” 功能捕捉）。

2. 边界稳定性测试

• 温度边界：在 - 10℃（低温）、+45℃（高温）环境下，测试三口满负载充电时的传导值，波动需≤3dB；

• 长期稳定性：常温下三口满负载连续充电 4 小时，每 30 分钟记录一次传导数据，确保无漂移超标；

• 异常工况：模拟某端口突然断开（如拔插设备），测试断开瞬间的传导噪声，需符合限值要求。

工具与技术支持

• 仿真辅助：使用 PSpice 建立并联 Buck 电路模型，仿真不同负载下的传导噪声频谱，提前优化滤波参数；用 Ansys SIwave 分析 PCB 地环路的阻抗，指导地平面分割；

• 测试工具：除基础 LISN 和频谱仪外，可使用 “共模电流探头（如 R&S RT-ZC30）” 直接测量 USB 线缆的共模电流，验证滤波效果。