一, Trije elementi in pot širjenja elektromagnetnih motenj
Za nastanek elektromagnetnih motenj (EMI) so potrebni trije elementi hkrati: vir motenj, povezovalna pot in občutljiva oprema. V industrijskih okoljih tipični viri motenj vključujejo:
Inverter: harmonični tok (2-50kHz), ki ga ustvari njegova PWM modulacija, se vodi skozi električni vod, medtem ko izhodni kabel tvori anteno za sevanje visokofrekvenčnih elektromagnetnih valov (100kHz-30MHz).
Motorni sistem: sevanje električne iskre, ki nastane zaradi komutacije ščetk (1-100MHz), kot tudi nihanje magnetnega polja, ki ga povzročijo spremembe toka navitja (50Hz in njegovi harmoniki).
Varilni stroj: visoko{0}}intenzivni elektromagnetni impulz (0,1–10 MHz), ki nastane med postopkom obločnega varjenja, lahko seva do deset metrov.
Naprave za brezžično komunikacijo: Frekvenčni pasovi Wi-Fi/Bluetooth (2,4 GHz/5 GHz) se prekrivajo z občutljivimi frekvenčnimi pasovi krmilnih vezij LCD.
Motnje vdrejo v sistem LCD po naslednjih poteh:
Prevodna sklopka: z uporabo napajalnih in signalnih vodov kot nosilcev se motnje neposredno vbrizgajo v vezje.
Sklop sevanja: Vesoljski elektromagnetni valovi povzročajo interferenčno napetost na ožičenju PCB ali konektorjih prek učinkov antene.
Skupna impedančna sklopka: V ozemljitvenem vezju obstaja skupna impedanca, ki povzroča pretok interferenčnega toka med napravami.
2, Izgradnja sistema zaščitne tehnologije
1. Zasnova zaščite: Blokirajte širjenje elektromagnetnih valov
Zaščita kovinske lupine: uporaba lupine iz aluminijeve zlitine ali pocinkane jeklene plošče z debelino večjo ali enako 1,5 mm za doseganje učinkovitega dušenja. Proizvajalec kemičnih instrumentov je na primer dosegel učinkovitost zaščite nad 40 dB v frekvenčnem pasu 30MHz–1GHz z optimizacijo strukture ohišja. Ključne točke oblikovanja vključujejo:
Kontinuiteta zaščitnega telesa: širino reže lupine je treba nadzorovati znotraj 0,1 mm, za električno povezavo pa je treba uporabiti prevodne blazinice ali vzmetne plošče.
Nadzor zaslonke: luknje za odvajanje toplote so oblikovane v obliki satja z odprtino manjšo ali enako λ/20 (kjer je λ najvišja valovna dolžina frekvence motenj).
Obdelava zaslonskega okna: Uporabite ITO prevodno steklo (površinska upornost manjša ali enaka 10 Ω/□) ali zaščitno kovinsko mrežo s prepustnostjo svetlobe večjo ali enako 85 %.
Izolacija notranjega oklopa: Izvedite lokalno oklop za občutljive module vezja:
Glavni krmilni čip: uporaba zaščitnega pokrova iz bakrene folije, ozemljitveni upor Manjši ali enak 10 m Ω.
Napajalni modul: namestite magnetne obroče okoli pretvornika DC-DC, da zadušite šum stikala.
Signalni vmesnik: Uporabite oklopljene konektorje (kot je podvrsta D-) in prispajkajte zaščitni sloj za 360 stopinj na ozemljitveno ploščo PCB.
2. Tehnologija filtriranja: Zatiranje prevodnih motenj
Filtriranje na koncu napajanja: Namestite filter EMI na koncu vhoda napajanja LCD s tipičnimi zahtevami glede parametrov:
Vstavljena izguba: večja ali enaka 40dB v frekvenčnem pasu 150kHz-30MHz
Nazivni tok: Izberite glede na zahteve glede obremenitve, pri čemer pustite 20 % rezervo
Tok uhajanja: manj kot ali enako 1 mA (v skladu z varnostnim standardom IEC 60950)
Študija primera avtomobilskega instrumenta kaže, da so se po uporabi dvo{0}}stopenjskega LC-filtra prevodne motnje na električnem vodu zmanjšale s 45 dB μ V na 20 dB μ V.
Filtriranje signalne linije: Za video signalne linije, kot je RGB/LVDS, se za filtriranje uporablja kombinacija skupne dušilne tuljave (CMCC) in kondenzatorja diferencialnega načina:
Induktivnost CMCC: 100–1000 μH (izbrano glede na frekvenco signala)
Diferencialna kapacitivnost: 0,1-1 μF (varnostni kondenzator tipa X2)
3. Optimizacija ozemljitvenega sistema
Enotočkovna strategija ozemljitve: v-nizkofrekvenčnih tokokrogih (f<1MHz), all grounding wires are converged to a common grounding point to avoid the formation of a ground loop. A certain power monitoring instrument reduced the common mode interference voltage from 5V to 0.5V by reconstructing the grounding system.
Multi point grounding strategy: In high-frequency circuits (f>10MHz), večplastna zasnova PCB-plošče je sprejeta za vzpostavitev popolne ozemljitvene ravnine:
Segmentacija ozemljitvene ravnine: Digitalna ozemljitev in analogna ozemljitev sta povezani v eni točki prek upora 0 Ω ali magnetnih kroglic.
Ozemljitveni prehod: Vsaj en ozemljitveni prehod s premerom, večjim ali enakim 0,5 mm, mora biti urejen na kvadratni palec tiskanega vezja.
Nadzor ozemljitvenega upora: Z naslednjimi ukrepi zagotovite, da je ozemljitveni upor manjši ali enak 4 Ω:
Povečajte število ozemljitvenih elektrod (vsaj 3)
Uporabite reduktor upora (upornost manjša ali enaka 5 Ω·m)
Redno preverjajte ozemljitveni upor (priporočljivo enkrat na četrtletje)
4. Zasnova PCB proti-motenju
Optimizacija postavitve:
Ključno usmerjanje signala: dolžino ure in linij video signala je treba nadzorovati znotraj λ/20 (kjer je λ valovna dolžina signala).
Napajalna/ozemljitvena ravnina: s 4-slojno strukturo plošče (napajalni signal ozemljitve signala) je napajalna ravnina tesno povezana z ozemljitveno ravnino.
Postavitev naprave: Analogna vezja in digitalna vezja so razporejena v ločenih območjih z razmikom, večjim ali enakim 5 mm.
Specifikacije ožičenja:
Diferencialno usmerjanje: Ohranite enako dolžino (napaka manjša ali enaka 50 milom), z razmikom dvakratne širine črte.
Serpentinsko usmerjanje: uporablja se za ujemanje zakasnitve signala ure z amplitudo, večjo ali enako 3-kratni širini črte, in razmikom, večjim ali enakim 5-kratni širini črte.
Razporeditev kondenzatorja filtra: keramični kondenzator 0,1 μF je nameščen blizu napajalnega zatiča čipa (manj kot ali enako 3 mm), tantalov kondenzator 10 μF pa je nameščen na vhodu za napajanje.
3, Tipična analiza primerov uporabe
Primer 1: Zasnova petrokemičnih instrumentov proti motnjam
LCD določenega sistema za spremljanje naftnega polja je med varjenjem pokazal nenormalen prikaz. Po analizi je bilo ugotovljeno, da:
Vir motenj: 1-10MHz elektromagnetni impulz, ki ga ustvari varilni stroj
Pot širjenja: vesoljsko sevanje, povezano z linijo video signala LCD
rešitev:
Dodajte feritni magnetni obroč (μ r=1000) na zunanjo plast signalne linije
Video vmesnik preklopil na digitalni vmesnik DVI-D (z močno anti{1}}zmožnostjo motenj za diferencialni prenos)
Prilepite prevodno gumo (volumenska upornost manjša ali enaka 0,01 Ω · cm) na režo lupine
Po uvedbi lahko sistem še vedno stabilno prikazuje med varjenjem, stopnja napak pa se je zmanjšala z 10 ⁻³ na 10 ⁻⁶.
Primer 2: Optimizacija zaslona na dotik za inteligentno proizvodno opremo
Zaslon na dotik določenega CNC obdelovalnega stroja se je po nesreči dotaknil med zagonom motorja in rezultat diagnoze je:
Vir motenj: nihanje magnetnega polja, ki ga povzročajo nenadne spremembe toka servo motorja (50 Hz in njegovi harmoniki)
Pot širjenja: tvorijo motnje skupnega načina skozi kovinsko strukturo ohišja
rešitev:
Napajalniku čipa na dotik dodajte filter tipa π - (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
Ohišje je izdelano iz ne{0}}magnetnega materiala iz nerjavečega jekla (μ r ≈ 1)
Dodajte izolacijske blazinice med zaslon na dotik in ohišje (probojna napetost večja ali enaka 10 kV)
Po prenovi se je občutljivost na dotik povečala za trikrat, stopnja lažnega dotika pa se je zmanjšala s 15 % na 0,5 %.
