电磁兼容（EMC）：整改案例（五）EFT测试，改初级Y电容

1. 异常现象

2. 原因分析

3. 整改方案

4. 总结

1. 异常现象

某产品按GB/T 17626.4标准进行电快速瞬变脉冲群测试，测试条件为：频率5kHz/100kHz，测试电压L，N线间2kV。其中频率5kHz时，测试通过，但频率100kHz时，测试不合格。测试过程中显示数码管和LED全灭，但是触摸按键能正常工作。

2. 原因分析

测试产品的电气框图和共模电流干扰路径分析如下图示，本产品由电源板和显示触摸按键板组成，通过4线串口通信。电快速瞬变干扰属于共模型干扰，由脉冲群发生器通过耦合电容将2kV/100kHz的共模电压耦合至L，N线上。共模干扰电压将通过电源板初级与次级间的Y电容还有变压器间的寄生电容，PCB走线间的寄生电容等将干扰电压传递到后级，再通过4线串口通信线到达显示触摸按键板，最终通过两个板与大地间的寄生电容回到脉冲群发生器。在这个电压传递过程，因为分流的支路阻抗不一，所以有大部分的共模电压会转变成差模电压。当差模电压超过某个支路的抗噪声能力后，便出现工作异常。

从异常现象来分析，应该是负责驱动数码管和LED的控制芯片被干扰。查看原理图，显示触摸按键板由一颗主控芯片和一颗数码和LED驱动芯片组成，主控芯片与LED驱动芯片间通过I2C通信。数码管和LED灯全灭的原因有可能是I2C通信异常，导致LED驱动芯片工作异常；或者是LED驱动芯片电源或地被干扰导致其出现卡死的情况。那首先看看原理图的EMI设计是否合理，串口通信接口5V电源端口有大小电容组成滤波电路，串口通信口也有100pF滤波电容还配置有端接电阻R；LED驱动芯片的电源引脚也是有大小电容组合滤波电路，I2C有10K上拉，且有RC阻容滤波电路。这样看来，原理图的EMI设计还是合理的。

显示触摸按键原理图设计没问题，那问题大概率便是PCB的设计有不满足EMC设计要求的点了。查看PCB设计，发现LED驱动芯片的I2C通信线与主控芯片的GND设计不合理。如下图所示该PCB采用了单点接地设计思路，LCD驱动芯片与主控芯片在串口接口处GND单点连接。单点接地的优点是避免了公共地阻抗，但同时也会带来一个新的问题，便是信号环路面积加大，特别是这种有相互通信的设计。如下图中白色线圈所示，但是I2C通信的整个信号环路面积。当群脉冲的干扰电压/电流经过显示触摸按键板时，便会在环路中串扰和感应出干扰电流/电压。在2kV/100kHz时测试便出现异常情况。

3. 整改方案

将LED驱动芯片的GND与主控芯片的GND通过飞线的方式将两点以最短的距离连接起来，±2kV，5kHz，100kHz测试通过。但这个整改方案需要改PCB板，而且改动还不小。因此将电源板初次级间的Y电容由原来的222改为了102后，测试也通过，这个Y电容的参数调整，是增加了初次级间的阻抗，使到达初级的干扰电压减小，在LED驱动芯片的容噪范围内，也便不会出现异常。