一, Tri elementa i put širenja elektromagnetnih smetnji
Formiranje elektromagnetnih smetnji (EMI) zahtijeva tri elementa istovremeno: izvor smetnji, put spajanja i osjetljivu opremu. U industrijskim okruženjima, tipični izvori smetnji uključuju:
Inverter: Harmonična struja (2-50kHz) generirana njegovom PWM modulacijom se provodi kroz strujni vod, dok izlazni kabel formira antenu za zračenje visokofrekventnih elektromagnetnih valova (100kHz-30MHz).
Motorni sistem: Električno zračenje varnica koje nastaje komutacijom četkice (1-100MHz), kao i fluktuacije magnetnog polja uzrokovane promjenama struje namotaja (50Hz i njenih harmonika).
Aparat za zavarivanje: elektromagnetni impuls visokog{0}}intenziteta (0,1-10MHz) koji se generiše tokom procesa elektrolučnog zavarivanja može zračiti do desetina metara.
Bežični komunikacioni uređaji: Wi Fi/Bluetooth frekventni opsezi (2,4GHz/5GHz) se preklapaju sa osetljivim frekventnim opsezima LCD kontrolnih kola.
Smetnje prodiru u LCD sistem sljedećim putevima:
Konduktivna sprega: Koristeći strujne i signalne vodove kao nosače, smetnje se direktno ubrizgavaju u kolo.
Spajanje zračenja: Svemirski elektromagnetski talasi indukuju napon interferencije na PCB ožičenju ili konektorima kroz efekte antene.
Zajednička impedansna sprega: Postoji zajednička impedansa u krugu za uzemljenje, što uzrokuje da struja interferencije teče između uređaja.
2, Izgradnja tehnološkog sistema zaštite
1. Dizajn zaštite: Blokirajte širenje elektromagnetnih talasa
Zaštita od metalne školjke: korištenjem aluminijske legure ili pocinčane čelične ploče, debljine veće ili jednake 1,5 mm za postizanje efektivnog slabljenja. Na primjer, proizvođač hemijskih instrumenata postigao je efikasnost zaštite od preko 40 dB u frekvencijskom opsegu 30MHz-1GHz optimizacijom strukture školjke. Ključne tačke dizajna uključuju:
Kontinuitet zaštitnog tijela: širinu zazora u ljusci treba kontrolirati unutar 0,1 mm, a za električnu vezu treba koristiti provodne jastučiće ili opružne ploče.
Kontrola otvora: Rupe za rasipanje toplote imaju oblik saća, sa otvorom manjim od ili jednakim λ/20 (gde je λ najveća talasna dužina frekvencije interferencije).
Obrada prozora: Koristite ITO provodno staklo (površinski otpor manji ili jednak 10 Ω/□) ili zaštitu od metalne mreže, sa propusnošću svjetlosti većom ili jednakom 85%.
Izolacija unutarnjeg oklopa: Implementirajte lokalnu zaštitu za osjetljive module kola:
Glavni kontrolni čip: pomoću zaštitnog poklopca od bakarne folije, otpor uzemljenja manji ili jednak 10m Ω.
Modul za napajanje: Instalirajte magnetne prstenove oko DC-DC pretvarača da biste suzbili šum prekidača.
Signalni interfejs: Koristite zaštićene konektore (kao što je podtip D-) i lemite zaštitni sloj 360 stepeni na uzemljenu ploču PCB-a.
2. Tehnologija filtriranja: Suzbijanje sprovedenih smetnji
Filtriranje na kraju napajanja: Instalirajte EMI filter na ulaznoj strani LCD napajanja, sa tipičnim zahtjevima parametara:
Gubitak umetanja: veći ili jednak 40dB u frekvencijskom opsegu 150kHz-30MHz
Nazivna struja: Odaberite prema zahtjevima opterećenja, ostavljajući marginu od 20%.
Struja curenja: manja ili jednaka 1mA (u skladu sa sigurnosnim standardom IEC 60950)
Studija slučaja instrumenta u automobilu pokazuje da se nakon upotrebe dvostepenog LC filtera provode smetnje na dalekovodu smanjile sa 45dB μV na 20dB μV.
Filtriranje signalne linije: Za linije video signala kao što je RGB/LVDS, za filtriranje se koristi kombinacija zavojnice zajedničkog moda (CMCC) i kondenzatora diferencijalnog moda:
CMCC induktivnost: 100-1000 μ H (odabira se na osnovu frekvencije signala)
Diferencijalni kapacitet: 0,1-1 μF (sigurnosni kondenzator tipa X2)
3. Optimizacija sistema uzemljenja
Strategija uzemljenja u jednoj tački: u niskofrekventnim kolima (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), PCB višeslojni dizajn ploče je usvojen za uspostavljanje kompletne uzemljene ravni:
Segmentacija u ravni uzemljenja: Digitalno uzemljenje i analogno uzemljenje su povezani u jednoj tački preko otpornika od 0 Ω ili magnetnih perli.
Prelaz za uzemljenje: Najmanje jedan prolaz za uzemljenje prečnika većeg ili jednakog 0,5 mm mora biti raspoređen po kvadratnom inču PCB-a.
Kontrola otpora uzemljenja: Osigurajte da je otpor uzemljenja manji ili jednak 4 Ω kroz sljedeće mjere:
Povećajte broj elektroda za uzemljenje (najmanje 3)
Koristite reduktor otpora (otpornost manja ili jednaka 5 Ω· m)
Redovno provjeravajte otpor uzemljenja (preporučuje se jednom u kvartalu)
4. PCB anti-dizajn smetnji
Optimizacija izgleda:
Rutiranje ključnog signala: Dužina linija sata i video signala treba da se kontroliše unutar λ/20 (gde je λ talasna dužina signala).
Napajanje/uzemljena ravan: Usvajanje 4-slojne strukture ploče (signalni signal uzemljenja), ravan napajanja je čvrsto povezan sa ravninom uzemljenja.
Raspored uređaja: Analogna kola i digitalna kola su raspoređena u odvojenim zonama sa razmakom većim ili jednakim 5 mm.
Specifikacije ožičenja:
Diferencijalno rutiranje: Održavajte jednaku dužinu (greška manja ili jednaka 50 mil), sa razmakom od dvostruke širine linije.
Serpentinsko usmjeravanje: koristi se za usklađivanje kašnjenja signala sata, sa amplitudom većom ili jednakom 3 puta širine linije i razmakom većim ili jednakim 5 puta širine linije.
Raspored filtarskog kondenzatora: keramički kondenzator od 0,1 μF nalazi se u blizini igle za napajanje čipa (manji ili jednak 3 mm), a tantalski kondenzator od 10 μF je postavljen na ulazu za napajanje.
3, Analiza slučaja tipične aplikacije
Slučaj 1: Dizajn petrohemijskih instrumenata protiv interferencije
LCD određenog sistema za praćenje naftnog polja pokazao je nenormalan prikaz tokom operacija zavarivanja. Nakon analize, ustanovljeno je da:
Izvor smetnji: 1-10MHz elektromagnetni impuls koji generiše aparat za zavarivanje
Put prostiranja: Svemirsko zračenje spojeno na liniju LCD video signala
Rješenje:
Dodajte feritni magnetni prsten (μ r=1000) na vanjski sloj signalne linije
Video interfejs prebačen na DVI-D digitalni interfejs (sa jakim anti-smetnjama za diferencijalni prenos)
Zalijepite provodljivu gumu (volumenska otpornost manja ili jednaka 0,01 Ω· cm) na razmak ljuske
Nakon implementacije, sistem i dalje može stabilno da se prikazuje tokom operacija zavarivanja, a stopa greške je smanjena sa 10 ⁻³ na 10 ⁻⁶.
Slučaj 2: Optimizacija ekrana osjetljivog na dodir za inteligentnu proizvodnu opremu
Dodirni ekran određene CNC alatne mašine slučajno je dodirnut prilikom pokretanja motora, a rezultat dijagnoze je:
Izvor smetnji: Fluktuacije magnetnog polja uzrokovane naglim promjenama struje servo motora (50Hz i njegovi harmonici)
Put prostiranja: Formirajte smetnje zajedničkog moda kroz metalnu strukturu ormarića
Rješenje:
Dodajte filter tipa π - na napajanje touch čipa (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
Ormar je napravljen od nemagnetnog nerđajućeg čelika (μ r ≈ 1)
Dodajte izolacione jastučiće između ekrana osetljivog na dodir i kućišta (napon proboja veći ili jednak 10kV)
Nakon renoviranja, osjetljivost na dodir je povećana za tri puta, a stopa lažnih dodira smanjena je sa 15% na 0,5%.
