一, Tri elementa i put širenja elektromagnetskih smetnji
Formiranje elektromagnetskih smetnji (EMI) zahtijeva tri elementa istovremeno: izvor smetnji, spojni put i osjetljivu opremu. U industrijskim okruženjima tipični izvori smetnji uključuju:
Inverter: harmonijska struja (2-50kHz) generirana njegovom PWM modulacijom provodi se kroz strujni vod, dok izlazni kabel tvori antenu za zračenje visokofrekventnih elektromagnetskih valova (100kHz-30MHz).
Sustav motora: Zračenje električne iskre generirano komutacijom četkica (1-100MHz), kao i fluktuacije magnetskog polja uzrokovane promjenama struje namota (50Hz i njegovi harmonici).
Aparat za zavarivanje: elektromagnetski puls visokog{0}}intenziteta (0,1-10MHz) koji se stvara tijekom procesa elektrolučnog zavarivanja može zračiti do nekoliko desetaka metara.
Uređaji za bežičnu komunikaciju: frekvencijski pojasevi Wi-Fi/Bluetooth (2,4 GHz/5 GHz) preklapaju se s osjetljivim frekvencijskim pojasima LCD upravljačkih krugova.
Smetnje ulaze u LCD sustav sljedećim putevima:
Vodljivo spajanje: korištenjem energetskih i signalnih vodova kao nositelja, smetnje se izravno ubacuju u krug.
Sprezanje zračenja: Svemirski elektromagnetski valovi induciraju napon smetnji na PCB ožičenju ili konektorima kroz efekte antene.
Spoj zajedničke impedancije: Postoji zajednička impedancija u krugu uzemljenja, što uzrokuje protok struje smetnji između uređaja.
2, Izgradnja sustava zaštitne tehnologije
1. Dizajn zaštite: Blokiraj širenje elektromagnetskih valova
Zaštita od metalne ljuske: korištenje ljuske od aluminijske legure ili pocinčane čelične ploče, debljine veće od ili jednake 1,5 mm za postizanje učinkovitog prigušenja. Na primjer, proizvođač kemijskih instrumenata postigao je učinkovitost zaštite od preko 40 dB u frekvencijskom pojasu 30MHz-1GHz optimizacijom strukture ljuske. Ključne točke dizajna uključuju:
Kontinuitet zaštitnog tijela: širinu otvora školjke treba kontrolirati unutar 0,1 mm, a za električno povezivanje treba koristiti vodljive jastučiće ili opružne ploče.
Kontrola otvora blende: Otvori za raspršivanje topline imaju dizajn saća, s otvorom blende manjim ili jednakim λ/20 (gdje je λ najveća valna duljina frekvencije smetnji).
Obrada izloga: Koristite ITO vodljivo staklo (površinski otpor manji od ili jednak 10 Ω/□) ili zaštitu od metalne mreže, s propusnošću svjetlosti većom ili jednakom 85%.
Unutarnja izolacija oklopa: Implementirajte lokalnu oklop za osjetljive module strujnog kruga:
Glavni kontrolni čip: korištenje zaštitnog poklopca od bakrene folije, otpor uzemljenja manji ili jednak 10 m Ω.
Modul napajanja: Instalirajte magnetske prstenove oko DC-DC pretvarača kako biste potisnuli šum prekidača.
Sučelje signala: Koristite oklopljene konektore (kao što je D-sub tip) i zalemite zaštitni sloj za 360 stupnjeva na uzemljenu ploču PCB-a.
2. Tehnologija filtriranja: Suzbijanje kondukcijskih smetnji
Filtriranje na kraju napajanja: Instalirajte EMI filtar na kraju ulaza napajanja LCD-a, s tipičnim zahtjevima za parametre:
Insercijski gubitak: veći ili jednak 40dB u frekvencijskom pojasu 150kHz-30MHz
Nazivna struja: Odaberite prema zahtjevima opterećenja, ostavljajući 20% margine
Struja curenja: manje od ili jednako 1 mA (u skladu sa sigurnosnim standardom IEC 60950)
Studija slučaja instrumenta u automobilu pokazuje da su se nakon upotrebe dvo{0}}stupanjskog LC filtra dirigirane smetnje na dalekovodu smanjile s 45 dB μ V na 20 dB μ V.
Filtriranje linije signala: Za linije video signala kao što su RGB/LVDS, kombinacija zavojnice prigušnice zajedničkog načina rada (CMCC) i kondenzatora diferencijalnog načina rada koristi se za filtriranje:
CMCC induktivnost: 100-1000 μH (odabrano na temelju frekvencije signala)
Diferencijalni kapacitet: 0,1-1 μF (sigurnosni kondenzator tipa X2)
3. Optimizacija sustava uzemljenja
Strategija uzemljenja u jednoj točki: u-niskofrekventnim krugovima (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 više{1}}slojni dizajn ploče usvojen je za uspostavljanje kompletne uzemljene ravnine:
Segmentacija ravnine uzemljenja: Digitalno uzemljenje i analogno uzemljenje povezani su u jednoj točki preko otpornika od 0 Ω ili magnetskih kuglica.
Otvor za uzemljenje: najmanje jedan otvor za uzemljenje promjera 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 pomoću sljedećih mjera:
Povećajte broj elektroda za uzemljenje (barem 3)
Koristite reduktor otpora (otpor manji ili jednak 5 Ω·m)
Redovito provjeravajte otpor uzemljenja (preporučeno jednom u kvartalu)
4. PCB dizajn protiv-smetnji
Optimizacija izgleda:
Usmjeravanje ključnog signala: Duljina linija sata i video signala trebala bi se kontrolirati unutar λ/20 (gdje je λ valna duljina signala).
Napajanje/uzemljenje: Usvajanje 4-slojne strukture ploče (signalni signal napajanja uzemljenja), napajanje je čvrsto povezano s uzemljenjem.
Raspored uređaja: Analogni krugovi i digitalni krugovi raspoređeni su u odvojenim zonama s razmakom većim od ili jednakim 5 mm.
Specifikacije ožičenja:
Diferencijalno usmjeravanje: Održavajte jednaku duljinu (pogreška manja od ili jednaka 50mil), s razmakom od dvostruko veće širine linije.
Serpentinsko usmjeravanje: koristi se za usklađivanje kašnjenja signala sata, s amplitudom većom ili jednakom 3 puta širine linije i razmakom većim ili jednakim 5 puta širine linije.
Raspored kondenzatora filtera: keramički kondenzator od 0,1 μF nalazi se u blizini priključka za napajanje čipa (manje od ili jednako 3 mm), a tantalski kondenzator od 10 μF nalazi se na ulazu za napajanje.
3, Tipična analiza slučaja primjene
Slučaj 1: Dizajn petrokemijskih instrumenata protiv smetnji
LCD određenog sustava nadzora naftnih polja pokazao je abnormalan prikaz tijekom operacija zavarivanja. Nakon analize utvrđeno je da:
Izvor smetnji: 1-10MHz elektromagnetski puls koji stvara aparat za zavarivanje
Propagacijski put: svemirsko zračenje povezano s LCD video signalnom linijom
Otopina:
Dodajte feritni magnetski prsten (μ r=1000) na vanjski sloj signalne linije
Video sučelje prebačeno na DVI-D digitalno sučelje (sa snažnom anti-smetnjama za diferencijalni prijenos)
Zalijepite vodljivu gumu (volumenski otpor manji od ili jednak 0,01 Ω · cm) na razmak ljuske
Nakon implementacije, sustav još uvijek može stabilno prikazivati tijekom operacija zavarivanja, a stopa pogreške smanjena je s 10 ⁻³ na 10 ⁻⁶.
Slučaj 2: Optimizacija zaslona osjetljivog na dodir za inteligentnu proizvodnu opremu
Zaslon osjetljiv na dodir određenog CNC alatnog stroja slučajno je dodirnut tijekom pokretanja motora, a rezultat dijagnoze je:
Izvor smetnji: fluktuacije magnetskog polja uzrokovane naglim promjenama struje servo motora (50Hz i njegovi harmonici)
Put širenja: Formirajte smetnje zajedničkog načina rada kroz metalnu strukturu kućišta
Otopina:
Dodajte filtar tipa π - napajanju dodirnog čipa (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
Kućište je izrađeno od ne-magnetskog materijala od nehrđajućeg čelika (μ r ≈ 1)
Dodajte izolacijske jastučiće između zaslona osjetljivog na dodir i kućišta (napon proboja veći ili jednak 10 kV)
Nakon obnove, osjetljivost na dodir je povećana za tri puta, a stopa lažnih dodira smanjena je sa 15% na 0,5%.
