一, Sähkömagneettisten häiriöiden kolme elementtiä ja leviämispolku
Sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) muodostuminen vaatii kolme elementtiä samanaikaisesti: häiriölähde, kytkentäpolku ja herkkä laitteisto. Teollisuusympäristöissä tyypillisiä häiriölähteitä ovat:
Invertteri: Sen PWM-modulaation tuottama harmoninen virta (2-50kHz) johdetaan voimalinjan läpi, kun taas lähtökaapeli muodostaa antennin säteilemään korkeataajuisia sähkömagneettisia aaltoja (100kHz-30MHz).
Moottorijärjestelmä: Harjakommutoinnin (1-100MHz) synnyttämä sähkökipinäsäteily sekä käämivirran (50Hz ja sen harmoniset) muutoksista johtuvat magneettikentän vaihtelut.
Hitsauskone: Valokaarihitsausprosessin aikana syntyvä korkean -intensiteetin sähkömagneettinen pulssi (0,1–10 MHz) voi säteillä jopa kymmeniä metrejä.
Langattomat viestintälaitteet: Wi-Fi/Bluetooth-taajuuskaistat (2,4 GHz/5 GHz) menevät päällekkäin LCD-ohjauspiirien herkkien taajuuskaistojen kanssa.
Häiriöt tunkeutuvat LCD-järjestelmään seuraavia polkuja pitkin:
Johtava kytkentä: Käyttämällä teho- ja signaalilinjoja kantoaaltoina häiriöt ruiskutetaan suoraan piiriin.
Säteilykytkentä: Avaruuden sähkömagneettiset aallot aiheuttavat häiriöjännitteen piirilevyjohdoissa tai liittimissä antenniefektien kautta.
Yhteinen impedanssikytkentä: Maadoituspiirissä on yhteinen impedanssi, joka saa häiriövirran kulkemaan laitteiden välillä.
2, Suojausteknologiajärjestelmän rakentaminen
1. Suojausrakenne: Estä sähkömagneettisten aaltojen eteneminen
Metallikuoren suojaus: käytetään alumiiniseosta tai galvanoitua teräslevyä, jonka paksuus on suurempi tai yhtä suuri kuin 1,5 mm tehokkaan vaimennuksen saavuttamiseksi. Esimerkiksi kemiallisten instrumenttien valmistaja saavutti yli 40 dB:n suojaustehokkuuden taajuusalueella 30MHz-1GHz optimoimalla kuorirakennetta. Tärkeimmät suunnittelukohdat sisältävät:
Suojarungon jatkuvuus: Vaipan raon leveys on säädettävä 0,1 mm:n sisällä, ja sähköliitäntään tulee käyttää johtavia pehmusteita tai jousilevyjä.
Aukon säätö: Lämmönpoistoreiät käyttävät hunajakennorakennetta, jonka aukko on pienempi tai yhtä suuri kuin λ/20 (jossa λ on suurin häiriötaajuuden aallonpituus).
Näyttöikkunan käsittely: Käytä johtavaa ITO-lasia (pintavastus enintään 10 Ω/□) tai metalliverkkosuojausta, jonka valonläpäisykyky on suurempi tai yhtä suuri kuin 85 %.
Sisäinen suojauksen eristys: Toteuta paikallinen suojaus herkille piirimoduuleille:
Pääohjaussiru: käyttämällä kuparikalvosuojausta, maadoitusvastus Vähemmän tai yhtä suuri kuin 10 m Ω.
Virtamoduuli: Asenna magneettirenkaat DC-DC-muuntimen ympärille kytkimen melun vaimentamiseksi.
Signaaliliitäntä: Käytä suojattuja liittimiä (kuten D--alatyyppiä) ja juota suojakerros 360 astetta piirilevyn maatasoon nähden.
2. Suodatustekniikka: Johtuvien häiriöiden vaimennus
Tehopään suodatus: Asenna EMI-suodatin LCD-virransyöttöpäähän tyypillisin parametrivaatimuksin:
Liitäntähäviö: suurempi tai yhtä suuri kuin 40 dB taajuuskaistalla 150 kHz - 30 MHz
Nimellisvirta: Valitse kuormitusvaatimusten mukaan jättäen 20 % marginaalin
Vuotovirta: pienempi tai yhtä suuri kuin 1 mA (turvallisuusstandardin IEC 60950 mukaisesti)
Auton instrumentin tapaustutkimus osoittaa, että kaksivaiheisen LC-suodattimen käytön jälkeen johdettu häiriö voimalinjassa väheni 45 dB μ V:stä 20 dB μ V:iin.
Signaalilinjan suodatus: Videosignaalilinjoissa, kuten RGB/LVDS, suodatukseen käytetään CMCC:n (common mode choke coil) ja differentiaalitilan kondensaattorin yhdistelmää:
CMCC-induktanssi: 100-1000 μH (valittu signaalitaajuuden perusteella)
Differentiaalinen kapasitanssi: 0,1-1 μF (X2-tyyppinen turvakondensaattori)
3. Maadoitusjärjestelmän optimointi
Yhden pisteen maadoitusstrategia: Matalataajuisissa{0}}piireissä (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-monikerroslevyn suunnittelu on otettu käyttöön täydellisen maatason luomiseksi:
Maatason segmentointi: Digitaalinen maa ja analoginen maa on kytketty yhteen pisteeseen 0 Ω vastuksen tai magneettisten helmien kautta.
Maadoitusläpivienti: Ainakin yksi maadoitusläpivienti, jonka halkaisija on suurempi tai yhtä suuri kuin 0,5 mm, on järjestettävä neliötuumaa kohden PCB:tä.
Maadoitusvastuksen ohjaus: Varmista, että maadoitusvastus on pienempi tai yhtä suuri kuin 4 Ω seuraavilla toimenpiteillä:
Lisää maadoituselektrodien määrää (vähintään 3)
Käytä resistanssin vähennystä (resistiivisyys pienempi tai yhtä suuri kuin 5 Ω· m)
Tarkista maadoitusvastus säännöllisesti (suositus kerran neljänneksessä)
4. Piirilevyn häiriönesto-rakenne
Asettelun optimointi:
Avainsignaalin reititys: Kello- ja videosignaalilinjojen pituutta tulee säätää λ/20:n sisällä (missä λ on signaalin aallonpituus).
Teho/maataso: Kun otetaan käyttöön 4-kerroksinen levyrakenne (signaalimaatehosignaali), tehotaso on tiiviisti kytketty maatasoon.
Laitteen asettelu: Analogiset ja digitaaliset piirit on järjestetty erillisiin vyöhykkeisiin, joiden väli on suurempi tai yhtä suuri kuin 5 mm.
Johdotustiedot:
Differentiaalinen reititys: Säilytä yhtä pitkä (virhe alle tai yhtä suuri kuin 50 mil) kaksinkertaisella rivin leveydellä.
Serpentiinireititys: käytetään kellosignaalin viiveen sovittamiseen, amplitudilla, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 3 kertaa viivan leveys ja väli Suurin tai yhtä suuri kuin 5 kertaa viivan leveys.
Suodatinkondensaattorijärjestely: 0,1 μF:n keraaminen kondensaattori sijaitsee lähellä sirun tehonastaa (vähemmän tai yhtä suuri kuin 3 mm), ja 10 μF:n tantaalikondensaattori on sijoitettu virrantuloon.
3, Tyypillinen sovellustapausanalyysi
Tapaus 1: Petrokemian laitteiden häiriönestosuunnittelu
Tietyn öljykentän valvontajärjestelmän LCD-näyttö osoitti epänormaalia näyttöä hitsauksen aikana. Analyysin jälkeen todettiin, että:
Häiriölähde: hitsauskoneen tuottama sähkömagneettinen pulssi 1-10 MHz
Levityspolku: Avaruussäteily kytkettynä LCD-videosignaalilinjaan
Ratkaisu:
Lisää ferriittimagneettinen rengas (μ r=1000) signaalilinjan ulkokerrokseen
Videoliitäntä vaihdettu digitaaliseen DVI-D-liitäntään (jossa on vahva anti-häiriönestokyky differentiaalista lähetystä varten)
Liitä johtavaa kumia (tilavuusresistanssi pienempi tai yhtä suuri kuin 0,01 Ω· cm) vaipan rakoon
Toteutuksen jälkeen järjestelmä voi edelleen näyttää vakaasti hitsausoperaatioiden aikana, ja virheprosentti on laskenut 10⁻³:sta 10⁻⁶:hen.
Tapaus 2: Kosketusnäytön optimointi älykkäitä valmistuslaitteita varten
Tietyn CNC-työstökoneen kosketusnäyttö kosketti vahingossa moottorin käynnistyksen aikana, ja diagnoositulos on:
Häiriölähde: Magneettikentän vaihtelut, jotka johtuvat äkillisistä servomoottorin virran (50Hz ja sen harmoniset) muutoksista
Etenemispolku: Muodosta yhteismuotoinen häiriö kaapin metallirakenteen läpi
Ratkaisu:
Lisää π - -tyyppinen suodatin kosketussirun virtalähteeseen (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
Kaappi on valmistettu ei--magneettisesta ruostumattomasta teräksestä (μ r ≈ 1)
Lisää eristystyynyt kosketusnäytön ja kaapin väliin (katkosjännite suurempi tai yhtä suuri kuin 10 kV)
Remontin jälkeen kosketusherkkyyttä on nostettu kolminkertaiseksi ja väärän kosketuksen määrä on laskettu 15 prosentista 0,5 prosenttiin.
