一, Tri prvky a cesta šírenia elektromagnetického rušenia
Tvorba elektromagnetického rušenia (EMI) vyžaduje súčasne tri prvky: zdroj rušenia, spojovaciu dráhu a citlivé zariadenie. V priemyselných prostrediach medzi typické zdroje rušenia patria:
Invertor: Harmonický prúd (2-}50kHz) generovaný jeho PWM moduláciou je vedený cez elektrické vedenie, zatiaľ čo výstupný kábel tvorí anténu na vyžarovanie vysokofrekvenčných elektromagnetických vĺn (100kHz-30MHz).
Systém motora: Žiarenie elektrickej iskry generované kefovou komutáciou (1-100 MHz), ako aj kolísanie magnetického poľa spôsobené zmenami prúdu vinutia (50 Hz a jeho harmonické).
Zvárací stroj: Elektromagnetický impulz s vysokou{0}}intenzitou (0,1 – 10 MHz) generovaný počas procesu oblúkového zvárania môže vyžarovať až desiatky metrov.
Bezdrôtové komunikačné zariadenia: Frekvenčné pásma Wi Fi/Bluetooth (2,4 GHz/5 GHz) sa prekrývajú s citlivými frekvenčnými pásmami riadiacich obvodov LCD.
Rušenie preniká do systému LCD nasledujúcimi cestami:
Vodivá väzba: Pomocou napájacích a signálnych vedení ako nosičov sa rušenie priamo vstrekuje do obvodu.
Väzba žiarenia: Priestorové elektromagnetické vlny indukujú interferenčné napätie na kabeláži PCB alebo konektoroch prostredníctvom anténnych efektov.
Spoločná impedančná väzba: V uzemňovacom obvode je spoločná impedancia, ktorá spôsobuje tok rušivého prúdu medzi zariadeniami.
2, Konštrukcia systému ochranných technológií
1. Dizajn tienenia: Blokuje šírenie elektromagnetických vĺn
Tienenie kovového plášťa: použitie plášťa z hliníkovej zliatiny alebo pozinkovaného oceľového plechu s hrúbkou väčšou alebo rovnou 1,5 mm na dosiahnutie efektívneho útlmu. Napríklad výrobca chemických prístrojov dosiahol účinnosť tienenia cez 40 dB vo frekvenčnom pásme 30 MHz – 1 GHz optimalizáciou štruktúry plášťa. Medzi kľúčové body dizajnu patria:
Spojitosť tieniaceho telesa: Šírka medzery plášťa by mala byť kontrolovaná v rozmedzí 0,1 mm a na elektrické pripojenie by sa mali použiť vodivé podložky alebo pružinové dosky.
Ovládanie clony: Otvory na odvádzanie tepla majú voštinový dizajn s clonou menšou alebo rovnou λ/20 (kde λ je najvyššia vlnová dĺžka interferenčnej frekvencie).
Spracovanie okienka displeja: Použite vodivé sklo ITO (povrchový odpor menší alebo rovný 10 Ω/□) alebo tienenie kovovou sieťkou s priepustnosťou svetla 85 % alebo viac.
Vnútorná izolácia tienenia: Implementujte lokálne tienenie pre citlivé obvodové moduly:
Hlavný riadiaci čip: s použitím tieniaceho krytu z medenej fólie, odpor uzemnenia menší alebo rovný 10 m Ω.
Napájací modul: Nainštalujte magnetické krúžky okolo DC-jednosmerného meniča, aby ste potlačili šum spínača.
Signálové rozhranie: Použite tienené konektory (ako je D-podtyp) a prispájkujte tieniacu vrstvu o 360 stupňov k základnej doske PCB.
2. Filtračná technológia: Potlačenie rušenia vedením
Filtrovanie napájacieho konca: Nainštalujte filter EMI na vstupný koniec LCD s typickými požiadavkami na parametre:
Strata vloženia: väčšia alebo rovná 40 dB vo frekvenčnom pásme 150 kHz-30 MHz
Menovitý prúd: Vyberte podľa požiadaviek na zaťaženie, ponechajte 20% rezervu
Zvodový prúd: menší alebo rovný 1 mA (v súlade s bezpečnostnou normou IEC 60950)
Prípadová štúdia prístroja v aute ukazuje, že po použití dvoj{0}}filtra LC sa rušenie vedením na elektrickom vedení znížilo zo 45 dB μV na 20 dB μV.
Filtrovanie signálových liniek: Pre linky video signálu, ako sú RGB/LVDS, sa na filtrovanie používa kombinácia tlmivky so spoločným režimom (CMCC) a diferenciálneho kondenzátora:
Indukčnosť CMCC: 100-1000 μH (vybraná na základe frekvencie signálu)
Diferenčná kapacita: 0,1-1 μF (bezpečnostný kondenzátor typu X2)
3. Optimalizácia uzemňovacieho systému
Stratégia jednobodového uzemnenia: V nízkofrekvenčných obvodoch{0} (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>10 MHz), dizajn viacvrstvovej dosky plošných spojov-je prijatý na vytvorenie kompletnej základnej roviny:
Segmentácia základnej roviny: Digitálna zem a analógová zem sú spojené v jednom bode cez odpor 0 Ω alebo magnetické guľôčky.
Uzemnenie cez: Aspoň jeden uzemňovací prestup s priemerom väčším alebo rovným 0,5 mm musí byť usporiadaný na štvorcový palec PCB.
Kontrola odporu uzemnenia: Zabezpečte, aby bol odpor uzemnenia menší alebo rovný 4 Ω pomocou nasledujúcich opatrení:
Zvýšte počet uzemňovacích elektród (najmenej 3)
Použite redukciu odporu (odpor menší alebo rovný 5 Ω· m)
Pravidelne kontrolujte odpor uzemnenia (odporúča sa raz za štvrťrok)
4. Dizajn PCB proti-rušeniu
Optimalizácia rozloženia:
Smerovanie kľúčového signálu: Dĺžka vedenia hodinového signálu a videosignálu by sa mala riadiť v rámci λ/20 (kde λ je vlnová dĺžka signálu).
Napájacia/uzemňovacia rovina: Využitím 4-vrstvovej štruktúry dosky (signál zemného napájacieho signálu) je napájacia rovina pevne spojená so zemnou rovinou.
Usporiadanie zariadenia: Analógové obvody a digitálne obvody sú usporiadané v samostatných zónach s rozstupom väčším alebo rovným 5 mm.
Špecifikácia zapojenia:
Rozdielové smerovanie: Udržujte rovnakú dĺžku (chyba menšia alebo rovná 50 mil) s medzerami dvojnásobkom šírky čiary.
Hadovité smerovanie: používa sa na prispôsobenie oneskorenia hodinového signálu s amplitúdou väčšou alebo rovnou 3-násobku šírky riadku a rozstupom väčším alebo rovným 5-násobku šírky riadku.
Usporiadanie filtračného kondenzátora: 0,1 μF keramický kondenzátor je umiestnený v blízkosti napájacieho kolíka čipu (menší alebo rovný 3 mm) a 10 μF tantalový kondenzátor je umiestnený na vstupe napájania.
3, Typická analýza prípadu aplikácie
Prípad 1: Antiinterferenčný dizajn petrochemických nástrojov
Displej LCD určitého monitorovacieho systému ropného poľa ukazoval abnormálne zobrazenie počas zváracích operácií. Po analýze sa zistilo, že:
Zdroj rušenia: 1-10MHz elektromagnetický impulz generovaný zváračkou
Cesta šírenia: Priestorové žiarenie spojené s videosignálom LCD
Riešenie:
Pridajte feritový magnetický krúžok (μ r{0}}) na vonkajšiu vrstvu signálneho vedenia
Video rozhranie prepnuté na digitálne rozhranie DVI-D (so silnou{{1}schopnosťou proti rušeniu pre diferenciálny prenos)
Prilepte vodivú gumu (objemový odpor menší alebo rovný 0,01 Ω· cm) na medzeru plášťa
Po implementácii môže systém stále stabilne zobrazovať počas zváracích operácií a chybovosť sa znížila z 10 ⁻³ na 10 ⁻⁶.
Prípad 2: Optimalizácia dotykovej obrazovky pre inteligentné výrobné zariadenia
Dotyková obrazovka určitého CNC obrábacieho stroja sa náhodne dotkla počas štartovania motora a výsledkom diagnostiky je:
Zdroj rušenia: Kolísanie magnetického poľa spôsobené náhlymi zmenami prúdu servomotora (50 Hz a jeho harmonické)
Dráha šírenia: Vytvárajte rušenie spoločného režimu cez kovovú konštrukciu skrine
Riešenie:
Pridajte filter typu π - do napájacieho zdroja dotykového čipu (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
Skrinka je vyrobená z -magnetického materiálu z nehrdzavejúcej ocele (μ r ≈ 1)
Pridajte izolačné podložky medzi dotykovú obrazovku a skriňu (prierazné napätie väčšie alebo rovné 10 kV)
Po renovácii sa citlivosť na dotyk trojnásobne zvýšila a miera falošných dotykov sa znížila z 15 % na 0,5 %.
