一, Az elektromágneses interferencia három eleme és terjedési útja
Az elektromágneses interferencia (EMI) kialakulásához három elemre van szükség egyszerre: zavarforrásra, csatolási útra és érzékeny berendezésre. Ipari környezetben a tipikus zavarforrások a következők:
Inverter: A PWM modulációja által generált harmonikus áramot (2{1}}50 kHz) a tápvezetéken vezetik át, míg a kimeneti kábel antennát képez a nagyfrekvenciás elektromágneses hullámok (100kHz-30MHz) sugárzására.
Motorrendszer: Kefekommutációval keltett elektromos szikrasugárzás (1-100MHz), valamint a tekercsáram változása (50Hz és harmonikusai) okozta mágneses téringadozások.
Hegesztőgép: Az ívhegesztési folyamat során generált nagy-intenzitású elektromágneses impulzus (0,1-10 MHz) akár több tíz métert is kisugározhat.
Vezeték nélküli kommunikációs eszközök: A Wi Fi/Bluetooth frekvenciasávok (2,4 GHz/5 GHz) átfedésben vannak az LCD vezérlőáramkörök érzékeny frekvenciasávjaival.
Az interferencia a következő utakon hatol be az LCD rendszerbe:
Vezető csatolás: A táp- és jelvezetékeket vivőként használva az interferencia közvetlenül az áramkörbe kerül.
Sugárzás csatolás: Az űrben fellépő elektromágneses hullámok interferenciafeszültséget indukálnak a PCB vezetékeken vagy csatlakozókon antennaeffektusok révén.
Közös impedancia csatolás: A földelő áramkörben közös impedancia van, ami zavaró áramot okoz az eszközök között.
2, Védelmi technológiai rendszer kiépítése
1. Árnyékolás kialakítása: Az elektromágneses hullámok terjedésének blokkolása
Fémhéj-árnyékolás: alumíniumötvözet vagy horganyzott acéllemez héj használata 1,5 mm vagy annál nagyobb vastagsággal a hatékony csillapítás elérése érdekében. Például egy vegyi műszergyártó a héjszerkezet optimalizálásával 40 dB feletti árnyékolási hatékonyságot ért el a 30 MHz-1 GHz frekvenciasávban. A legfontosabb tervezési pontok a következők:
Az árnyékoló test folytonossága: A héj résének szélességét 0,1 mm-en belül kell szabályozni, és az elektromos csatlakozáshoz vezetőképes betéteket vagy rugós lemezeket kell használni.
Rekesznyílás szabályozás: A hőelvezető lyukak méhsejt kialakításúak, λ/20-nál kisebb vagy azzal egyenlő rekesznyílással (ahol λ a legnagyobb interferencia-frekvencia hullámhossz).
Kijelző feldolgozás: Használjon ITO vezetőképes üveget (felületi ellenállása legfeljebb 10 Ω/□) vagy fémhálós árnyékolást, amelynek fényáteresztő képessége legalább 85%.
Belső árnyékolási leválasztás: Helyi árnyékolás megvalósítása érzékeny áramköri modulokhoz:
Fővezérlő chip: rézfólia árnyékoló burkolattal, földelési ellenállás 10 m Ω vagy annál kisebb.
Tápmodul: Szereljen fel mágnesgyűrűket a DC{0}}DC átalakító köré a kapcsolózaj elnyomására.
Jel interfész: Használjon árnyékolt csatlakozókat (például D{0}}altípust), és forrassza az árnyékoló réteget 360 fokban a PCB alaplapjához.
2. Szűrési technológia: Vezetett interferencia elnyomása
Teljesítményvégi szűrés: Telepítsen egy EMI-szűrőt az LCD bemeneti végére, a tipikus paraméterkövetelmények szerint:
Beillesztési veszteség: nagyobb vagy egyenlő, mint 40 dB a 150 kHz-30 MHz frekvenciasávban
Névleges áramerősség: Válassza ki a terhelési követelményeknek megfelelően, hagyjon 20% tartalékot
Szivárgási áram: 1 mA vagy egyenlő (az IEC 60950 biztonsági szabványnak megfelelően)
Egy autós műszer esettanulmánya azt mutatja, hogy egy két-lépcsős LC-szűrő használata után az elektromos vezetéken 45 dB μ V-ról 20 dB μ V-ra csökkent a vezetett interferencia.
Jelvonal-szűrés: Az olyan videojelvonalakhoz, mint az RGB/LVDS, a közös módú fojtótekercs (CMCC) és a differenciál üzemmódú kondenzátor kombinációját használják a szűréshez:
CMCC induktivitás: 100-1000 μH (jelfrekvencia alapján van kiválasztva)
Differenciálkapacitás: 0,1-1 μF (X2 típusú biztonsági kondenzátor)
3. A földelési rendszer optimalizálása
Egypontos földelési stratégia: Alacsony{0}}frekvenciás áramkörökben (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), a többrétegű NYÁK-kártya kialakítását a teljes alapsík kialakításához alkalmazzák:
Földsík szegmentálás: A digitális föld és az analóg föld egyetlen ponton 0 Ω-os ellenálláson vagy mágneses gyöngyökön keresztül csatlakozik.
Földelés: Legalább egy 0,5 mm-es vagy annál nagyobb átmérőjű földelőátmenetet kell elhelyezni minden négyzethüvelyk PCB-n.
Földelési ellenállás szabályozása: Győződjön meg arról, hogy a földelési ellenállás kisebb vagy egyenlő, mint 4 Ω, a következő intézkedésekkel:
Növelje a földelő elektródák számát (legalább 3)
Használjon ellenálláscsökkentőt (ellenállása legfeljebb 5 Ω· m)
Rendszeresen ellenőrizze a földelési ellenállást (ajánlott negyedévente egyszer)
4. A NYÁK-ok interferencia-ellenes kialakítása
Elrendezés optimalizálás:
Kulcsjel-útválasztás: Az órajel- és videojelvonalak hosszát λ/20-on belül kell szabályozni (ahol λ a jel hullámhossza).
Teljesítmény/földi sík: 4 rétegű táblaszerkezettel (jel földi tápjel) a teljesítménysík szorosan kapcsolódik az alaplaphoz.
Eszközelrendezés: Az analóg áramkörök és a digitális áramkörök külön zónákban vannak elrendezve, legfeljebb 5 mm távolsággal.
Bekötési specifikációk:
Differenciális útválasztás: Maradjon egyenlő hosszúság (hiba: 50 mil vagy annál kisebb), a vonalszélesség kétszeresével.
Szerpentin útválasztás: az órajel-késleltetés illesztésére használatos, amplitúdója nagyobb vagy egyenlő, mint a vonalszélesség háromszorosa, és a távolság nagyobb vagy egyenlő, mint a vonalszélesség ötszöröse.
A szűrőkondenzátor elrendezése: 0,1 μF-os kerámiakondenzátor a chip tápcsapja közelében található (3 mm vagy annál kisebb), és 10 μF-os tantál kondenzátor van elhelyezve a táp bemeneténél.
3, Tipikus alkalmazási esetelemzés
1. eset: Petrolkémiai műszerek interferencia-ellenes tervezése
Egy bizonyos olajmező-figyelő rendszer LCD-je rendellenes kijelzést mutatott a hegesztési műveletek során. Az elemzés után kiderült, hogy:
Zavarforrás: 1-10MHz-es elektromágneses impulzus, amelyet a hegesztőgép generál
Terjedési út: Térsugárzás az LCD videojel vonalhoz kapcsolva
Megoldás:
Tegyen egy ferrit mágneses gyűrűt (μ r=1000) a jelvezeték külső rétegére
A videó interfész átváltott DVI{0}}D digitális interfészre (erős interferencia-gátló képességgel- a differenciális átvitelhez)
Rassza be a vezetőképes gumit (térfogati ellenállása 0,01 Ω· cm vagy annál kisebb) a héj résénél
A megvalósítás után a rendszer továbbra is stabilan képes megjeleníteni a hegesztési műveleteket, és a hibaarány 10⁻³-ról 10⁻⁶-re csökkent.
2. eset: Az érintőképernyő optimalizálása intelligens gyártóberendezésekhez
Egy bizonyos CNC szerszámgép érintőképernyője véletlenül hozzáért a motor indításakor, és a diagnózis eredménye:
Zavarforrás: Mágneses tér ingadozások, amelyeket a szervomotor áramának hirtelen változása okoz (50 Hz és harmonikusai)
Terjedési út: Közös módú interferencia kialakítása a szekrény fémszerkezetén keresztül
Megoldás:
Adjon hozzá egy π - típusú szűrőt az érintőchip tápegységéhez (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
A szekrény nem{0}}mágneses rozsdamentes acélból készült (μ r ≈ 1)
Tegyen szigetelő párnákat az érintőképernyő és a szekrény közé (letörési feszültség nagyobb vagy egyenlő, mint 10 kV)
A felújítás után az érintésérzékenységet háromszorosára növelték, a hamis érintések arányát pedig 15%-ról 0,5%-ra csökkentették.
