一, Cele trei elemente și calea de propagare a interferenței electromagnetice
Formarea interferenței electromagnetice (EMI) necesită trei elemente simultan: sursa de interferență, calea de cuplare și echipament sensibil. În mediile industriale, sursele tipice de interferență includ:
Invertor: curentul armonic (2-50kHz) generat de modulația sa PWM este condus prin linia de alimentare, în timp ce cablul de ieșire formează o antenă pentru a radia unde electromagnetice de înaltă frecvență (100kHz-30MHz).
Sistem motor: Radiația de scânteie electrică generată de comutația periei (1-100MHz), precum și fluctuațiile câmpului magnetic cauzate de modificările curentului de înfășurare (50Hz și armonicile acestuia).
Aparat de sudură: impulsul electromagnetic de-intensitate mare (0,1-10MHz) generat în timpul procesului de sudare cu arc poate radia până la zeci de metri.
Dispozitive de comunicare fără fir: benzile de frecvență Wi-Fi/Bluetooth (2,4GHz/5GHz) se suprapun cu benzile de frecvență sensibile ale circuitelor de control LCD.
Interferența invadează sistemul LCD prin următoarele căi:
Cuplaj conductiv: Folosind liniile de putere și semnal ca purtători, interferența este direct injectată în circuit.
Cuplare de radiații: undele electromagnetice spațiale induc tensiune de interferență pe cablajul PCB sau conectorii prin efectele antenei.
Cuplaj de impedanță comună: Există o impedanță comună în circuitul de împământare, care face ca curentul de interferență să curgă între dispozitive.
2, Construcția sistemului de tehnologie de protecție
1. Design de ecranare: Blocați propagarea undelor electromagnetice
Ecranarea carcasei metalice: folosind aliaj de aluminiu sau carcasă din oțel galvanizat, cu o grosime mai mare sau egală cu 1,5 mm pentru a obține o atenuare eficientă. De exemplu, un producător de instrumente chimice a obținut o eficiență de ecranare de peste 40 dB în banda de frecvență 30MHz-1GHz prin optimizarea structurii carcasei. Punctele cheie de proiectare includ:
Continuitatea corpului de ecranare: Lățimea spațiului din carcasă ar trebui să fie controlată cu 0,1 mm, iar plăcuțele conductoare sau plăcile cu arc trebuie utilizate pentru conexiunea electrică.
Controlul diafragmei: Găurile de disipare a căldurii adoptă un design de tip fagure, cu o deschidere mai mică sau egală cu λ/20 (unde λ este cea mai mare lungime de undă a frecvenței de interferență).
Prelucrarea ferestrei de afișare: Folosiți sticlă conductivă ITO (rezistență la suprafață mai mică sau egală cu 10 Ω/□) sau ecranare cu plasă metalică, cu o transmisie a luminii mai mare sau egală cu 85%.
Izolarea ecranului intern: Implementați ecranare locală pentru modulele de circuit sensibile:
Cip de control principal: folosind capac de ecranare din folie de cupru, rezistență la împământare Mai mică sau egală cu 10 m Ω.
Modulul de alimentare: instalați inele magnetice în jurul convertorului DC-DC pentru a suprima zgomotul întrerupător.
Interfață de semnal: utilizați conectori ecranați (cum ar fi tipul D-sub) și lipiți stratul de ecranare la 360 de grade pe planul de masă al PCB.
2. Tehnologia de filtrare: Suprimarea interferențelor conduse
Filtrarea la capătul puterii: Instalați un filtru EMI la capătul de intrare a alimentării LCD, cu cerințele tipice privind parametrii:
Pierdere de inserție: mai mare sau egală cu 40dB în banda de frecvență 150kHz-30MHz
Curent nominal: Selectați în funcție de cerințele de sarcină, lăsând o marjă de 20%.
Curent de scurgere: mai mic sau egal cu 1 mA (în conformitate cu standardul de siguranță IEC 60950)
Un studiu de caz al unui instrument de mașină arată că, după utilizarea unui filtru LC în două-etape, interferența condusă pe linia de alimentare a scăzut de la 45 dB μ V la 20 dB μ V.
Filtrarea liniei de semnal: pentru liniile de semnal video, cum ar fi RGB/LVDS, pentru filtrare este utilizată o combinație de bobină de sufocare în mod comun (CMCC) și condensator în mod diferențial:
Inductanță CMCC: 100-1000 μ H (selectat pe baza frecvenței semnalului)
Capacitate diferențială: 0,1-1 μ F (condensator de siguranță tip X2)
3. Optimizarea sistemului de împământare
Strategie de împământare cu un singur punct: în circuite de frecvență joasă-(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), designul plăcii PCB cu mai multe-strat este adoptat pentru a stabili un plan de masă complet:
Segmentarea planului de masă: pământul digital și pământul analogic sunt conectate într-un singur punct printr-un rezistor de 0 Ω sau margele magnetice.
Viață de împământare: Cel puțin o cale de împământare cu un diametru mai mare sau egal cu 0,5 mm va fi aranjată pe inch pătrat de PCB.
Controlul rezistenței de împământare: Asigurați-vă că rezistența de împământare este mai mică sau egală cu 4 Ω prin următoarele măsuri:
Creșteți numărul de electrozi de împământare (cel puțin 3)
Utilizați reductor de rezistență (rezistivitate mai mică sau egală cu 5 Ω· m)
Verificați în mod regulat rezistența de împământare (recomandat o dată la trimestru)
4. Design PCB anti-interferențe
Optimizarea aspectului:
Dirijarea semnalului cheie: lungimea liniilor de ceas și semnal video ar trebui să fie controlată în λ/20 (unde λ este lungimea de undă a semnalului).
Putere/Plan de masă: Adoptând o structură de placă cu 4 straturi (semnal de putere de masă), planul de putere este strâns cuplat cu planul de masă.
Dispozitivul dispozitivului: Circuitele analogice și circuitele digitale sunt aranjate în zone separate, cu o distanță mai mare sau egală cu 5 mm.
Specificații cablare:
Rutare diferențială: Mențineți lungimea egală (eroare Mai mică sau egală cu 50 mil), cu o distanță de două ori mai mare decât lățimea liniei.
Dirijare serpentine: utilizat pentru potrivirea întârzierii semnalului de ceas, cu amplitudine mai mare sau egală cu de 3 ori lățimea liniei și spațiere mai mare sau egală cu 5 ori lățimea liniei.
Aranjamentul condensatorului filtrului: condensatorul ceramic de 0,1 μ F este situat lângă pinul de alimentare al cipului (mai puțin sau egal cu 3 mm), iar condensatorul de tantal de 10 μ F este aranjat la priza de alimentare.
3, Analiza tipică a cazului de aplicare
Cazul 1: Proiectarea anti interferență a instrumentelor petrochimice
Ecranul LCD al unui anumit sistem de monitorizare a câmpurilor petroliere a arătat un afișaj anormal în timpul operațiunilor de sudare. In urma analizei s-a constatat ca:
Sursa de interferență: impuls electromagnetic de 1-10MHz generat de aparatul de sudură
Calea de propagare: radiație spațială cuplată la linia de semnal video LCD
Soluţie:
Adăugați un inel magnetic de ferită (μ r=1000) pe stratul exterior al liniei de semnal
Interfața video a trecut la interfața digitală DVI-D (cu o capacitate puternică anti-interferențe pentru transmisie diferențială)
Lipiți cauciuc conductiv (rezistivitate de volum mai mică sau egală cu 0,01 Ω· cm) la golul carcasei
După implementare, sistemul poate afișa în continuare stabil în timpul operațiunilor de sudare, iar rata de eroare a scăzut de la 10 ⁻³ la 10 ⁻⁶.
Cazul 2: Optimizarea ecranului tactil pentru echipamente de producție inteligente
Ecranul tactil al unei anumite mașini-unelte CNC a fost atins accidental în timpul pornirii motorului, iar rezultatul diagnosticului este:
Sursă de interferență: Fluctuațiile câmpului magnetic cauzate de modificări bruște ale curentului servomotorului (50 Hz și armonicile sale)
Calea de propagare: Formează interferență în modul comun prin structura metalică a dulapului
Soluţie:
Adăugați un filtru de tip π - la sursa de alimentare a cipului tactil (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
Dulapul este realizat din oțel inoxidabil ne-magnetic (μ r ≈ 1)
Adăugați plăcuțe de izolație între ecranul tactil și carcasă (tensiune de avarie mai mare sau egală cu 10 kV)
După renovare, sensibilitatea la atingere a fost mărită de trei ori, iar rata de atingere falsă a fost redusă de la 15% la 0,5%.
