智能水杯无线充电（Qi标准）EMI测试与线圈屏蔽方案

智能水杯的无线充电功能基于 Qi 标准（工作频率 110kHz - 205kHz），其电磁干扰（EMI）主要源于线圈的交变磁场辐射及内部电路的高频开关噪声。以下从 EMI 测试标准、关键项目及线圈屏蔽方案展开说明。一、EMI 测试标准与关键项目1. 适用标准基础标准：遵循 CISPR 11（工业、科学和医疗设备），智能水杯属于 Class B 设备（面向家庭环境），需满足更严格的辐射限值。Qi 标准补充：无线充电联盟（WPC）要求设备在 10kHz - 30MHz 频段的辐射干扰不得影响其他 Qi 设备及周边电子系统（如心脏起搏器等医疗设备）。2. 传导发射测试（150kHz - 30MHz）（1）测试要求频段与限值：150kHz - 500kHz 准峰值限值 66dBμV，500kHz - 30MHz 准峰值限值 34dBμV（CISPR 11 Class B）。测试重点：通过 LISN（电源阻抗稳定网络）测量充电底座电源线的传导干扰，需覆盖待机、充电（5W/10W）等状态。某智能水杯在 200kHz 频段因电源滤波不足，传导发射达 72dBμV，超出标准 6dB，导致同线路收音机出现杂音。3. 辐射发射测试（30MHz - 1GHz）（1）测试要求近场辐射：在 30MHz - 300MHz 频段，距离设备 3m 处的准峰值限值 40dBμV/m；300MHz - 1GHz 频段限值 47dBμV/m。远场辐射：针对线圈的低频磁场（110kHz - 205kHz），需满足 EN 62311（人体暴露于电磁场的评估），磁场强度在 10cm 距离处≤6.25μT（rms）。（2）测试方法使用磁场探头（如 EMCO 3801）在 110kHz - 205kHz 频段扫描线圈周边磁场分布，记录最大值。在半电波暗室中，通过转台和接收天线（双锥天线 + 对数周期天线）测量 30MHz 以上的辐射发射，需模拟水杯放置（注水 / 空杯）、充电中断等场景。二、线圈干扰源分析1. 主要干扰路径磁场辐射：发射线圈通以高频交变电流（110kHz - 205kHz），产生交变磁场，若屏蔽不良，会通过空间耦合干扰周边设备（如智能手表、无线耳机）。谐波辐射：功率管（如 MOSFET）的开关动作产生高次谐波（2 次 - 10 次谐波，220kHz - 2MHz），通过线圈和电源线辐射出去。共模干扰：线圈与 PCB 接地不良形成共模电流，沿外壳或线缆辐射，在 30MHz - 100MHz 频段易超标。2. 典型问题案例某智能水杯在 150kHz 频段辐射发射达 45dBμV/m（超标 5dB），经排查：①线圈未做屏蔽，磁场直接向外辐射；②线圈与 PCB 的连接导线过长（10cm），形成辐射天线，放大了 2 次谐波干扰。三、线圈屏蔽方案设计1. 磁屏蔽层（抑制低频磁场）材料选择：采用坡莫合金（μr≈80000）或纳米晶带材（厚度 0.1mm - 0.3mm），对 110kHz - 205kHz 磁场的屏蔽效能≥40dB。结构设计：线圈下方铺设完整屏蔽层，面积大于线圈外径 2mm - 3mm，边缘折弯 5mm 形成 “法拉第笼” 结构。屏蔽层与 PCB 接地平面单点连接（避免涡流产生），接地阻抗≤0.1Ω。2. 电磁屏蔽层（抑制高频辐射）材料选择：采用铜箔（厚度≥35μm）或铝箔（厚度≥50μm），表面做抗氧化处理，对 30MHz 以上高频信号屏蔽效能≥30dB。结构设计：覆盖磁屏蔽层外侧，与磁屏蔽层之间保留 0.1mm - 0.2mm 空气间隙（减少涡流损耗）。边缘与磁屏蔽层折弯部分重叠 1mm - 2mm，通过导电胶粘接实现电连接，确保屏蔽连续性。3. 线圈优化辅助措施线圈参数调整：减小线圈匝数（如从 15 匝减至 12 匝），降低工作电流，同时采用 Litz 线（多股细铜线）降低趋肤效应，减少高频损耗及辐射。PCB 布局优化：线圈引线长度≤5cm，采用差分布线（线宽 0.3mm，间距 0.3mm），并在引线两侧铺设接地铜箔，抑制共模干扰。滤波电路：在线圈输入端串联共模电感（1mH@1MHz）和 X 电容（0.1μF），滤除高次谐波，使 2 次谐波在 30MHz 频段衰减≥25dB。四、屏蔽效果验证测试指标：屏蔽后，110kHz - 205kHz 频段的磁场强度在 10cm 处≤2μT；30MHz - 1GHz 辐射发射符合 CISPR 11 Class B 限值（准峰值≤47dBμV/m）。验证方法：通过磁场测试仪（如 3433）和频谱分析仪（如 R&S FSV30）分别测量屏蔽前后的磁场强度和辐射发射，确保干扰降低 30dB 以上。某智能水杯应用上述方案后，150kHz 频段辐射发射降至 38dBμV/m，200kHz 传导发射降至 58dBμV，均满足标准要求，且充电效率仅下降 1.2%（从 78% 降至 76.8%），兼顾了 EMI 性能与充电体验。若需进一步了解屏蔽材料选型细节或特定频段的干扰整改，可随时沟通。