一, Trīs elementi un elektromagnētisko traucējumu izplatīšanās ceļš
Elektromagnētisko traucējumu (EMI) veidošanai vienlaicīgi ir nepieciešami trīs elementi: traucējumu avots, savienojuma ceļš un jutīgs aprīkojums. Rūpnieciskā vidē tipiski traucējumu avoti ir:
Invertors: PWM modulācijas radītā harmoniskā strāva (2-50 kHz) tiek vadīta caur barošanas līniju, savukārt izejas kabelis veido antenu, lai izstarotu augstas frekvences elektromagnētiskos viļņus (100 kHz–30 MHz).
Motora sistēma: Elektriskā dzirksteles starojums, ko rada otas komutācija (1-100MHz), kā arī magnētiskā lauka svārstības, ko izraisa izmaiņas tinuma strāvā (50Hz un tās harmonikas).
Metināšanas iekārta: augstas -intensitātes elektromagnētiskais impulss (0,1–10 MHz), kas rodas loka metināšanas procesā, var izstarot līdz pat desmitiem metru.
Bezvadu sakaru ierīces: Wi-Fi/Bluetooth frekvenču joslas (2,4 GHz/5 GHz) pārklājas ar LCD vadības ķēžu jutīgajām frekvenču joslām.
Traucējumi iekļūst LCD sistēmā, izmantojot šādus ceļus:
Vadītspējīga sakabe: izmantojot strāvas un signāla līnijas kā nesējus, traucējumi tiek tieši ievadīti ķēdē.
Radiācijas savienojums: Kosmosa elektromagnētiskie viļņi izraisa traucējumu spriegumu PCB vadiem vai savienotājiem, izmantojot antenas efektus.
Kopējā pretestības savienojums: zemējuma ķēdē ir kopēja pretestība, kas izraisa traucējumu strāvas plūsmu starp ierīcēm.
2, Aizsardzības tehnoloģiju sistēmas izbūve
1. Ekranēšanas dizains: bloķēt elektromagnētisko viļņu izplatīšanos
Metāla apvalka ekranējums: izmantojot alumīnija sakausējuma vai cinkota tērauda plāksnes apvalku, kura biezums ir lielāks par 1,5 mm vai vienāds ar to, lai panāktu efektīvu vājināšanu. Piemēram, ķīmisko instrumentu ražotājs 30MHz–1GHz frekvenču joslā sasniedza ekranēšanas efektivitāti virs 40dB, optimizējot apvalka struktūru. Galvenie dizaina punkti ietver:
Ekranēšanas korpusa nepārtrauktība: apvalka spraugas platums jākontrolē 0,1 mm robežās, un elektriskajam savienojumam jāizmanto vadoši spilventiņi vai atsperu plāksnes.
Diafragmas kontrole: siltuma izkliedes caurumiem ir šūnveida konstrukcija ar diafragmas atvērumu, kas ir mazāks vai vienāds ar λ/20 (kur λ ir lielākais traucējumu frekvences viļņa garums).
Displeja logu apstrāde: izmantojiet ITO vadošu stiklu (virsmas pretestība mazāka vai vienāda ar 10 Ω/□) vai metāla sieta ekranējumu, kura gaismas caurlaidība ir lielāka vai vienāda ar 85%.
Iekšējā ekranēšanas izolācija: ieviesiet vietējo ekranēšanu jutīgiem ķēdes moduļiem:
Galvenā vadības mikroshēma: izmantojot vara folijas aizsargpārsegu, zemējuma pretestība Mazāka vai vienāda ar 10 m Ω.
Strāvas modulis: uzstādiet magnētiskos gredzenus ap līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāju, lai slāpētu slēdža troksni.
Signāla interfeiss: izmantojiet ekranētus savienotājus (piemēram, D{0}}apakšveidu) un pielodējiet ekranēšanas slāni 360 grādos pret PCB iezemēto plakni.
2. Filtrēšanas tehnoloģija: vadītu traucējumu slāpēšana
Jaudas gala filtrēšana: LCD strāvas ievades galā uzstādiet EMI filtru ar tipiskām parametru prasībām:
Ievietošanas zudums: lielāks vai vienāds ar 40dB 150kHz-30MHz frekvenču joslā
Nominālā strāva: izvēlieties atbilstoši slodzes prasībām, atstājot 20% rezervi
Noplūdes strāva: mazāka vai vienāda ar 1mA (saskaņā ar IEC 60950 drošības standartu)
Automašīnas instrumenta gadījuma izpēte parāda, ka pēc divpakāpju LC filtra izmantošanas elektropārvades līnijas radītie traucējumi samazinājās no 45 dB μV līdz 20 dB μV.
Signāla līniju filtrēšana: tādām video signālu līnijām kā RGB/LVDS filtrēšanai tiek izmantota kopējā režīma droseles spoles (CMCC) un diferenciālā režīma kondensatora kombinācija:
CMCC induktivitāte: 100-1000 μH (izvēlēts, pamatojoties uz signāla frekvenci)
Diferenciālā kapacitāte: 0,1-1 μF (X2 tipa drošības kondensators)
3. Zemējuma sistēmas optimizācija
Viena punkta zemējuma stratēģija: zemas{0}}frekvences ķēdēs (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), PCB daudzslāņu plates dizains ir pieņemts, lai izveidotu pilnīgu zemes plakni:
Zemējuma plaknes segmentācija: digitālā zeme un analogā zeme ir savienoti vienā punktā, izmantojot 0 Ω rezistoru vai magnētiskās lodītes.
Zemējums: uz vienu PCB kvadrātcollu ir jāierīko vismaz viens zemējuma caurums, kura diametrs ir lielāks vai vienāds ar 0,5 mm.
Zemējuma pretestības kontrole: nodrošiniet, lai zemējuma pretestība būtu mazāka vai vienāda ar 4 Ω, veicot šādus pasākumus:
Palieliniet zemējuma elektrodu skaitu (vismaz 3)
Izmantojiet pretestības reduktoru (pretestība mazāka vai vienāda ar 5 Ω· m)
Regulāri pārbaudiet zemējuma pretestību (ieteicams reizi ceturksnī)
4. PCB pret-traucējumu dizains
Izkārtojuma optimizācija:
Galvenā signāla maršrutēšana: pulksteņa un video signāla līniju garums jākontrolē λ/20 robežās (kur λ ir signāla viļņa garums).
Jaudas/zemes plakne: izmantojot 4 slāņu paneļa struktūru (signāla zemes jaudas signāls), jaudas plakne ir cieši savienota ar iezemēto plakni.
Ierīces izkārtojums: Analogās shēmas un digitālās shēmas ir izvietotas atsevišķās zonās ar atstarpi, kas ir lielāka vai vienāda ar 5 mm.
Elektroinstalācijas specifikācijas:
Diferenciālā maršrutēšana: saglabājiet vienādu garumu (kļūda ir mazāka par vai vienāda ar 50 miliem), ar atstarpi, kas ir divreiz lielāka par līnijas platumu.
Serpentīna maršrutēšana: izmanto pulksteņa signāla aizkaves saskaņošanai, ar amplitūdu, kas ir lielāka vai vienāda ar 3 reizes līnijas platumu, un atstarpe ir lielāka vai vienāda ar 5 reizes līnijas platumu.
Filtra kondensatora izvietojums: 0,1 μF keramiskais kondensators atrodas netālu no mikroshēmas barošanas tapas (mazāks vai vienāds ar 3 mm), un 10 μF tantala kondensators ir izvietots pie strāvas ieejas.
3, tipiska lietojuma gadījuma analīze
1. gadījums: naftas ķīmijas instrumentu prettraucējumu konstrukcija
Noteiktas naftas atradņu uzraudzības sistēmas LCD rādīja neparastu displeju metināšanas darbību laikā. Pēc analīzes tika konstatēts, ka:
Traucējumu avots: 1-10MHz elektromagnētiskais impulss, ko rada metināšanas iekārta
Izplatīšanās ceļš: kosmosa starojums, kas savienots ar LCD video signāla līniju
Risinājums:
Pievienojiet ferīta magnētisko gredzenu (μ r=1000) signāla līnijas ārējā slānī
Video interfeiss pārslēgts uz DVI{0}}D digitālo interfeisu (ar spēcīgu pret-traucējumu spēju diferenciālai pārraidei)
Ielīmējiet vadošu gumiju (tilpuma pretestība ir mazāka vai vienāda ar 0,01 Ω· cm) korpusa spraugā
Pēc ieviešanas sistēma joprojām var stabili parādīties metināšanas darbību laikā, un kļūdu līmenis ir samazinājies no 10⁻³ līdz 10⁻⁶.
2. gadījums: skārienekrāna optimizēšana viedajām ražošanas iekārtām
Motora palaišanas laikā nejauši pieskārās noteikta CNC darbgalda skārienekrāns, un diagnostikas rezultāts ir:
Traucējumu avots: magnētiskā lauka svārstības, ko izraisa pēkšņas servomotora strāvas izmaiņas (50Hz un tās harmonikas)
Izplatīšanās ceļš: veidojiet kopēja režīma traucējumus caur korpusa metāla konstrukciju
Risinājums:
Pievienojiet π - tipa filtru skārienjutīgās mikroshēmas barošanas avotam (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
Skapis ir izgatavots no ne-magnētiska nerūsējošā tērauda materiāla (μ r ≈ 1)
Pievienojiet izolācijas paliktņus starp skārienekrānu un korpusu (pārtraukuma spriegums ir lielāks par vai vienāds ar 10 kV)
Pēc renovācijas skārienjutība ir palielināta trīs reizes, un viltus pieskārienu līmenis samazināts no 15% līdz 0,5%.
