Demo Project 4 : Debugging Conducted Emisison For SMPS Circuit


EMC Debugging : Conducted Emission Test for 

SMPS Circuit

 1. Introduction

In the design and manufacturing of electronic devices, ensuring electromagnetic compatibility (EMC) is a key factor in maintaining stable product operation and preventing interference with other systems. This report presents the EMC debugging process for the product, focusing on reducing conducted emissions and improving performance through optimized design solutions and advanced techniques.

    2. Objectives

    • Identify EMI noise sources caused by conducted emissions at the power port.
    • Evaluate the emission levels of the product according to EMC standards, depending on the type of device using the SMPS.

    • Implement corrective measures to reduce emissions, thereby enhancing the product’s stability and performance.

    3. Methodology :

    3.1. Test Environment Setup

    • The test is conducted in a shielded test environment to minimize external interference.
    • Test frequency range: 150 kHz - 30 MHz.
    • The Equipment Under Test (EUT) is connected to a Line Impedance Stabilization Network (LISN) to measure conducted emissions at the power port.
    • Measuring equipment includes a Spectrum Analyzer and specialized EMC analysis software.

    3.2. Measurement and Analysis

    • A Spectrum Analyzer combined with LISN is used to collect conducted emission data from the power line.
    • The obtained data is compared with the emission limits specified in CISPR 15 (for lighting equipment), CISPR 32 (for multimedia equipment), or CISPR 11 (for industrial equipment), depending on the SMPS application.
    • After performing the conducted emission test within the 150 kHz - 30 MHz range, the initial data showed some noise peaks exceeding the specified limits at frequency X kHz/Y MHz..

    Initial Data Collected:

    Note : Attenuator 6 dB

    3.3. Implementation of Corrective Solutions

    In this circuit we see common mode filter

    L = 56.7 uH  à Fc = 450 kHz

    Cy = 2.2 n

    Fc = 450 kHz

    In theory, to filter out noise at high frequencies from 150 kHz and above, we need to set the cutoff frequency at 15 kHz to cut frequency at 150 kHz à Fc= 450 kHz not qualified

    Method : Common Mode Filter Design

    When we conducted emission test : High noise at 0.15 MHz – 6 MHz

    Chooose cut frequency at 15 kHz to cut  noise at 150 kHz

    L_cm = 10 mH  because we don't use the inductor in differential mode, we take L_dm = L_cm or more precisely, L_dm = 1/2L_cd  to calculate the capacitor value Cx
    The common-mode inductor consists of two symmetrical coils on the same core. When considering differential mode, the current passes through the two coils in opposite directions, reducing the total magnetic flux in the core.This reduces the total resistance to almost half the value

    L_dm = 10 mH or L_dm = 5 mH.


    4. Real-World Debugging Cases 

    Case 0: Manufacturer’s Original Circuit

    Reference
    Result
    Att = 60 dB
    Ampe = 1.5 A
    C-X1 = 2200 pF
    Case 1: Change Y-Cap = 2200 pF ==> 10000 pF 

    Kết quả 

    Case 2: Add EMI filter Cx= 0.1 uF, Cy = 2200 pF ,Choke = 10 mH


    Kết quả 

    5. Evaluation and Conclusion

    Evaluation:

    After conducting two test cases, the following observations were made:

    • In Case 1, the product did not meet the required standards.
    • In Case 2, the test results successfully met the compliance requirements.

    → The optimized solution from Case 2 is selected.

    Conclusion:

    By applying advanced design solutions and modern techniques, the EMC debugging process has delivered positive results, ensuring stable product operation and compliance with international standards. Beyond improving performance, this process also creates opportunities for design optimization, laying a solid foundation for future projects.

    This report was compiled by the GCL HCM Engineering Team to share practical experience and knowledge in EMC debugging.

    If you want to learn more or receive useful technical tips, please contact us for free consultation and resources.

    Or click the link below to explore other methods for reducing radiated emissions: 

    Link

    If you find this article helpful, please SHARE and leave a COMMENT — your feedback motivates us to continue delivering valuable content!

    Thank you for your support!

    — GCL HCM

    Contact information:

    EMC Team

    Telephone : 035 751 50 79  -  098 546 68 50

    Email : khuongpham747@gmail.com - dangnghia06@gmail.com

    Company: EMC Debugging Center - GCL HCM

    Reference

    [1] International Special Committee on Radio Interference, CISPR 32:2015 – Electromagnetic Compatibility of Multimedia Equipment – Emission Requirements, and CISPR 35:2015 – Electromagnetic Compatibility Measurement Techniques for Multimedia Equipment, 2015.

    [2] System Design and Layout Techniques for Noise Reduction in
    MCU-Based Systems    , Freescale Application Note, AN1259.
    [3] Determining MCU Oscillator Start-up Parameters,
    Freescale Application Note, AN1783.
    [4] Resetting Microcontrollers During Power Transitions,
    Freescale Application Note, AN1744.
    [5] Resetting MCUs, Freescale Engineering Bulletin, EB413.
    [6] Trends in EMC Testing of Household Appliances,
    SCHAFFNER Application Note, SAN014.
    [7] EMC at Component and PCB Level    ,
    Martin O’Hara, Newnes, 1998.

    -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    Gỡ lỗi EMC Cho mạch SMPS

     1. Giới thiệu

    Trong quá trình thiết kế và sản xuất thiết bị điện tử, đảm bảo tương thích điện từ (EMC) là yếu tố then chốt để sản phẩm hoạt động ổn định và không gây nhiễu cho các hệ thống khác. Báo cáo này trình bày quá trình gỡ lỗi EMC cho sản phẩm, tập trung vào việc giảm phát xạ dẫn (Conducted Emission) và cải thiện hiệu suất hoạt động thông qua các giải pháp thiết kế và kỹ thuật tối ưu.

    2. Mục tiêu

    • Xác định các nguồn nhiễu EMI gây ra bởi phát xạ dẫn tại cổng nguồn.

    • Đánh giá mức độ phát xạ của sản phẩm theo tiêu chuẩn EMC, tùy thuộc vào loại thiết bị sử dụng nguồn SMPS.

    • Triển khai các biện pháp khắc phục để giảm phát xạ, từ đó cải thiện độ ổn định và hiệu suất của sản phẩm.

    3. Phương pháp thực hiện

    3.1. Thiết lập môi trường thử nghiệm:

    • Thử nghiệm được tiến hành trong môi trường kiểm tra được che chắn để giảm thiểu nhiễu ngoại lai.

    • Dải tần kiểm tra: 150 kHz - 30 MHz.

    • EUT (Equipment Under Test) được kết nối với LISN (Line Impedance Stabilization Network) để đo nhiễu dẫn tại cổng nguồn.

    • Các thiết bị đo bao gồm máy phân tích phổ (Spectrum Analyzer) và phần mềm phân tích EMC chuyên dụng.

    3.2. Đo lường và phân tích:

    • Sử dụng máy phân tích phổ kết hợp với LISN để thu thập dữ liệu phát xạ dẫn trên dây nguồn.

    • So sánh dữ liệu thu được với giới hạn phát xạ theo tiêu chuẩn CISPR 15 (cho thiết bị chiếu sáng), CISPR 32 (cho thiết bị đa phương tiện), hoặc CISPR 11 (cho thiết bị công nghiệp), tùy vào ứng dụng của nguồn SMPS.

    • Sau khi thực hiện bài kiểm tra nhiễu dẫn tại dải tần 150 kHz - 30 MHz, dữ liệu ban đầu thu được cho thấy một số đỉnh nhiễu vượt mức giới hạn quy định tại tần số X kHz/Y MHz.

    Dữ liệu ban đầu thu được : 

    Note : Attenuator 6 dB

    3.3. Triển khai giải pháp khắc phục:

    Trong mạch này, chúng ta thấy bộ lọc mode chung (Common Mode Filter).



    L = 56,7 µH → Fc = 450 kHz

    Cy = 2,2 nF 

    Fc = 450 kHz

    Về mặt lý thuyết, để lọc nhiễu ở tần số cao từ 150 kHz trở lên, chúng ta cần đặt tần số cắt ở 15 kHz để loại bỏ nhiễu tại 150 kHz. → Fc = 450 kHz không đạt yêu cầu.

    Thiết kế bộ lọc EMI filter :

    Khi thực hiện thử nghiệm phát xạ dẫn (Conducted Emission Test):

     Nhiễu cao tại 0,15 MHz – 6 MHz.

    Chọn tần số cắt 15 kHz để lọc nhiễu tại 150 kHz.

    • L_cm = 10 mH vì chúng ta không sử dụng cuộn cảm ở chế độ vi sai (Differential Mode).
    • Lấy L_dm = L_cm hoặc chính xác hơn L_dm = 1/2 L_cm để tính giá trị tụ Cx.

    Cuộn cảm mode chung gồm hai cuộn dây đối xứng trên cùng một lõi. Khi xét ở chế độ vi sai, dòng điện đi qua hai cuộn dây theo hướng ngược nhau, làm giảm tổng từ thông trong lõi. Điều này làm giảm tổng trở kháng xuống gần một nửa giá trị ban đầu.

    L_dm = 10 mH hoặc L_dm = 5 mH.


    4. Các trường hợp gỡ lỗi thực tế 

     TH 0 : Mạch ban đầu của nhà sản xuất

    Tham chiếu 
    Kết quả ban đầu 
    Att = 60 dB
    Ampe = 1.5 A
    C-X1 = 2200 pF
    TH 1: Thay Y-Cap = 2200 pF ==> 10000 pF 

    Kết quả 

    TH 2: Thêm bộ lọc EMI filter Cx= 0.1 uF, Cy = 2200 pF ,Choke = 10 mH


    Kết quả 

    5. Đánh giá và kết luận

    Đánh giá :

    Sau 2 trường hợp thử nghiệm nhận ra rằng :

    - Tại trường hợp 1 sản phẩm chưa đạt 

    - Tại trường hợp 2 kết quả thử nghiệm đã đạt 

    ----->Ta chọn phương án số 2

    Kết luận:
    Nhờ áp dụng các giải pháp thiết kế tiên tiến và kỹ thuật hiện đại, quá trình gỡ lỗi EMC đã mang lại kết quả tích cực, đảm bảo sản phẩm hoạt động ổn định và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế. Không chỉ giúp nâng cao hiệu suất, quá trình này còn mở ra cơ hội tối ưu hóa thiết kế, tạo nền tảng vững chắc cho các dự án trong tương lai

    Báo cáo này được biên soạn bởi đội ngũ kỹ sư của GCL HCM nhằm chia sẻ kinh nghiệm và kiến thức trong lĩnh vực EMC debugging

    Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm chi tiết và nhận được các mẹo kỹ thuật hữu ích, hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và nhận tài liệu miễn phí.

    Hoăc nhấn vào Link bên dưới để tham khảo những biện pháp giảm nhiễu bức xạ khác 

    Link

    Nếu bạn thấy bài viết hữu ích, hãy CHIA SẺ và để lại BÌNH LUẬN – phản hồi của bạn chính là động lực để chúng tôi tiếp tục mang đến những nội dung giá trị.

    Cảm ơn bạn đã ủng hộ!

    — GCL HCM

    Thông tin liên hệ :

    Alan

    SĐT : 0357515079  -  098 546 68 50

    Email : khuongpham747@gmail.com - dangnghia06@gmail.com

    Công ty : EMC Debugging Center - GCL HCM

    Tài liệu tham chiếu :

    [1] International Special Committee on Radio Interference, CISPR 32:2015 – Electromagnetic Compatibility of Multimedia Equipment – Emission Requirements, and CISPR 35:2015 – Electromagnetic Compatibility Measurement Techniques for Multimedia Equipment, 2015.

    [2] System Design and Layout Techniques for Noise Reduction in
    MCU-Based Systems    , Freescale Application Note, AN1259.
    [3] Determining MCU Oscillator Start-up Parameters,
    Freescale Application Note, AN1783.
    [4] Resetting Microcontrollers During Power Transitions,
    Freescale Application Note, AN1744.
    [5] Resetting MCUs, Freescale Engineering Bulletin, EB413.
    [6] Trends in EMC Testing of Household Appliances,
    SCHAFFNER Application Note, SAN014.
    [7] EMC at Component and PCB Level    ,
    Martin O’Hara, Newnes, 1998.

    #EMC #EMCTesting #ElectromagneticCompatibility #EMIMitigation #ConductedEmission #RadiatedEmission  #EMCStandards #IEC61000 #CISPR #PCBDebugging #SignalIntegrity #NoiseReduction #FerriteCore #EMCDebugging #FireAlarmEMC #ConductedSusceptibility #EMCSolutions #ShieldingTechniques #PCBDesignForEMC #PowerLineNoise #ElectromagneticInterference #ESDTesting #RFInterference #IndustrialEMC #ElectronicDesign #EMCCompliance #NoiseFiltering #GroundingTechniques #ElectronicsTesting #EMCRegulations #EMCConsulting #EMCFailureAnalysis

    Nhận xét

    Đăng nhận xét

    Bài đăng phổ biến từ blog này

    Demo Project 1 : Debugging radiated emission for LED

    Hình ảnh
      Gỡ lỗi EMC Cho Đèn LED   1. Giới thiệu Trong quá trình thiết kế và sản xuất thiết bị điện tử, đảm bảo tương thích điện từ (EMC) là yếu tố then chốt để sản phẩm hoạt động ổn định và không gây nhiễu cho các hệ thống khác. Báo cáo này trình bày quá trình gỡ lỗi EMC cho sản phẩm, tập trung vào việc giảm phát xạ bức xạ và cải thiện hiệu suất hoạt động thông qua các giải pháp thiết kế và kỹ thuật tối ưu. 2. Mục tiêu Xác định các nguồn nhiễu EMI gây ra bởi phát xạ bức xạ. Đánh giá mức độ phát xạ của sản phẩm theo tiêu chuẩn EMC (CISPR 15/EN 55015). Triển khai các biện pháp khắc phục để giảm phát xạ, từ đó cải thiện độ ổn định và hiệu suất của sản phẩm. 3. Phương pháp thực hiện 3.1. Thiết lập môi trường thử nghiệm: Thử nghiệm được tiến hành trong buồng không phản xạ để loại trừ nhiễu ngoại lai. Dải tần kiểm tra: 30 MHz đến 1 GHz. EUT (Equipment Under Test) được đặt trên tấm gỗ ở độ cao 0,8 m tính từ sàn, với khoảng cách đo từ anten đến EUT là 3m, 10m hoặc 30m . 3.2. Đo lường và p...
    Đọc thêm

    What is the EMC ?

    Hình ảnh
         Language: Vietnames      Khái Niệm      EMC là gì ? EMC (Electromagnetic Compatibility — Tương thích điện từ) là một lĩnh vực trong kỹ thuật điện tử, tập trung vào việc đảm bảo các thiết bị điện tử có thể hoạt động tốt trong môi trường điện từ mà không gây nhiễu quá mức đến các thiết bị khác hoặc bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ bên ngoài. EMC bao gồm hai khía cạnh chính: Emission (Phát xạ): Đo lường và kiểm soát mức độ nhiễu điện từ mà một thiết bị phát ra, để đảm bảo nó không gây ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Immunity (Miễn nhiễm): Khả năng của một thiết bị chống lại nhiễu từ môi trường bên ngoài, đảm bảo nó vẫn hoạt động ổn định khi bị "tấn công" bởi sóng điện từ từ các thiết bị khác. Thử nghiệm bức xạ cho máy in (30 MHz - 1 GHz) (Phát xạ) Thử nghiệm phóng tĩnh điện cho màn hình (Miễn nhiễm) Tiêu chuẩn thử nghiệm : Tiêu chuẩn quốc tế : CISPR 32— Phát xạ cho thiết bị đa...
    Đọc thêm

    Demo Project 2 : Debugging radiated emission for LED

    Hình ảnh
      Gỡ lỗi EMC Cho Đèn LED 1. Giới thiệu Trong quá trình thiết kế và sản xuất thiết bị điện tử, đặc biệt là các sản phẩm chiếu sáng như đèn LED, đảm bảo  Tương thích điện từ (EMC)  là một bước quan trọng để sản phẩm vận hành ổn định và không gây nhiễu đến các thiết bị xung quanh. Việc kiểm soát phát xạ bức xạ giúp đảm bảo sản phẩm tuân thủ các tiêu chuẩn EMC quốc tế, tránh các rủi ro về pháp lý và kỹ thuật. Báo cáo này sẽ tập trung vào  quy trình gỡ lỗi EMC  cho mạch driver của đèn LED, đặc biệt là việc giảm thiểu  phát xạ bức xạ (Radiated Emission)  thông qua các kỹ thuật thiết kế tối ưu và giải pháp thực tế. 2. Mục tiêu Quy trình này nhằm hướng đến các mục tiêu cụ thể sau: Xác định các nguồn phát xạ EMI  chủ yếu trong mạch driver LED, bao gồm: Chân Drain của IC chuyển mạch. Đầu vào (Input) và đầu ra (Output) của mạch driver. Vùng xung quanh diode và mạch snubber. Đánh giá mức độ phát xạ bức xạ  của mạch LED theo tiêu chuẩn EMC hiện hành, đ...
    Đọc thêm