一, Els tres elements i el camí de propagació de la interferència electromagnètica
La formació d'interferències electromagnètiques (EMI) requereix tres elements simultàniament: font d'interferències, camí d'acoblament i equip sensible. En entorns industrials, les fonts típiques d'interferència inclouen:
Inversor: el corrent harmònic (2-50kHz) generat per la seva modulació PWM es condueix a través de la línia elèctrica, mentre que el cable de sortida forma una antena per irradiar ones electromagnètiques d'alta freqüència (100kHz-30MHz).
Sistema de motor: Radiació d'espurna elèctrica generada per la commutació del raspall (1-100MHz), així com les fluctuacions del camp magnètic causades per canvis en el corrent del bobinat (50Hz i els seus harmònics).
Màquina de soldadura: el pols electromagnètic d'alta -intensitat (0,1-10 MHz) generat durant el procés de soldadura per arc pot irradiar fins a desenes de metres.
Dispositius de comunicació sense fil: les bandes de freqüència Wi-Fi/Bluetooth (2,4GHz/5GHz) se superposen amb les bandes de freqüència sensibles dels circuits de control LCD.
La interferència envaeix el sistema LCD per les següents vies:
Acoblament conductor: utilitzant línies d'alimentació i senyal com a portadores, la interferència s'injecta directament al circuit.
Acoblament de radiació: les ones electromagnètiques espacials indueixen una tensió d'interferència al cablejat o connectors de PCB mitjançant efectes d'antena.
Acoblament d'impedància comuna: hi ha una impedància comuna al circuit de posada a terra, que fa que el corrent d'interferència flueixi entre els dispositius.
2, Construcció del sistema de tecnologia de protecció
1. Disseny de blindatge: Bloquejar la propagació d'ones electromagnètiques
Blindatge de carcassa metàl·lica: utilitzant aliatge d'alumini o carcassa de placa d'acer galvanitzat, amb un gruix superior o igual a 1,5 mm per aconseguir una atenuació efectiva. Per exemple, un fabricant d'instruments químics va aconseguir una eficiència de blindatge de més de 40dB a la banda de freqüència de 30MHz-1GHz optimitzant l'estructura de la carcassa. Els punts clau del disseny inclouen:
Continuïtat del cos de blindatge: l'amplada de la bretxa de la carcassa s'ha de controlar dins de 0,1 mm i s'han d'utilitzar coixinets conductors o plaques de molla per a la connexió elèctrica.
Control de l'obertura: els forats de dissipació de calor adopten un disseny de bresca, amb una obertura inferior o igual a λ/20 (on λ és la longitud d'ona de freqüència d'interferència més alta).
Processament de la finestra de visualització: utilitzeu vidre conductor ITO (resistència superficial inferior o igual a 10 Ω/□) o blindatge de malla metàl·lica, amb una transmitància de la llum superior o igual al 85%.
Aïllament de blindatge intern: implementeu blindatge local per a mòduls de circuit sensibles:
Xip de control principal: utilitzant una coberta de blindatge de làmina de coure, resistència a terra inferior o igual a 10 m Ω.
Mòdul d'alimentació: instal·leu anells magnètics al voltant del convertidor de CC-CC per suprimir el soroll de l'interruptor.
Interfície de senyal: utilitzeu connectors blindats (com ara el tipus D-sub) i soldeu la capa de blindatge 360 graus al pla de terra de la PCB.
2. Tecnologia de filtratge: supressió d'interferències conduïdes
Filtratge final d'alimentació: instal·leu un filtre EMI a l'extrem d'entrada d'alimentació LCD, amb els requisits típics dels paràmetres:
Pèrdua d'inserció: superior o igual a 40 dB a la banda de freqüència de 150 kHz-30 MHz
Corrent nominal: seleccioneu segons els requisits de càrrega, deixant un marge del 20%.
Corrent de fuga: inferior o igual a 1 mA (d'acord amb l'estàndard de seguretat IEC 60950)
Un estudi de cas d'un instrument d'automòbil mostra que després d'utilitzar un filtre LC de dues -etapes, la interferència conduïda a la línia elèctrica va disminuir de 45 dB μ V a 20 dB μ V.
Filtratge de línia de senyal: per a línies de senyal de vídeo com RGB/LVDS, s'utilitza una combinació de bobina d'obtenció de mode comú (CMCC) i condensador de mode diferencial per filtrar:
Inductància CMCC: 100-1000 μ H (seleccionada en funció de la freqüència del senyal)
Capacitat diferencial: 0,1-1 μ F (condensador de seguretat tipus X2)
3. Optimització del sistema de presa de terra
Estratègia de connexió a terra d'un sol punt: en circuits de baixa-freqüència (p<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), s'adopta el disseny de la placa PCB multi-per establir un pla de terra complet:
Segmentació del pla de terra: la terra digital i la terra analògica es connecten en un sol punt mitjançant una resistència de 0 Ω o perles magnètiques.
Via de connexió a terra: s'ha de disposar almenys una via de connexió a terra amb un diàmetre superior o igual a 0,5 mm per polzada quadrada de PCB.
Control de la resistència de connexió a terra: assegureu-vos que la resistència de connexió a terra sigui inferior o igual a 4 Ω mitjançant les mesures següents:
Augmenta el nombre d'elèctrodes de connexió a terra (almenys 3)
Utilitzeu reductor de resistència (resistivitat inferior o igual a 5 Ω· m)
Comproveu regularment la resistència de connexió a terra (recomanat un cop cada trimestre)
4. Disseny anti-interferències de PCB
Optimització del disseny:
Encaminament del senyal clau: la longitud de les línies de senyal de rellotge i vídeo s'ha de controlar dins de λ/20 (on λ és la longitud d'ona del senyal).
Potència/Pla de terra: adoptant una estructura de placa de 4 capes (senyal d'alimentació de terra), el pla d'alimentació està estretament acoblat amb el pla de terra.
Disposició del dispositiu: els circuits analògics i els circuits digitals estan disposats en zones separades amb un espai de 5 mm o més.
Especificacions del cablejat:
Encaminament diferencial: mantingui la mateixa longitud (error Menor o igual a 50 mil), amb un espai de dues vegades l'amplada de la línia.
Encaminament de serpentina: s'utilitza per a la concordança del retard del senyal del rellotge, amb una amplitud superior o igual a 3 vegades l'amplada de la línia i un espai superior o igual a 5 vegades l'amplada de la línia.
Disposició del condensador del filtre: un condensador ceràmic de 0,1 μF es troba a prop del pin d'alimentació del xip (menys o igual a 3 mm) i un condensador de tàntal de 10 μF està disposat a l'entrada d'alimentació.
3, Anàlisi de casos d'aplicació típic
Cas 1: Disseny antiinterferència d'instruments petroquímics
La pantalla LCD d'un determinat sistema de control de camps petroliers mostrava una pantalla anormal durant les operacions de soldadura. Després de l'anàlisi, es va comprovar que:
Font d'interferència: pols electromagnètic 1-10MHz generat per la màquina de soldadura
Camí de propagació: radiació espacial acoblada a la línia de senyal de vídeo LCD
Solució:
Afegiu un anell magnètic de ferrita (μ r=1000) a la capa exterior de la línia de senyal
La interfície de vídeo s'ha canviat a la interfície digital DVI-D (amb una forta capacitat anti-interferències per a la transmissió diferencial)
Enganxeu cautxú conductor (resistivitat de volum inferior o igual a 0,01 Ω· cm) a l'espai de la carcassa
Després de la implementació, el sistema encara es pot mostrar de manera estable durant les operacions de soldadura i la taxa d'error ha disminuït de 10 ⁻³ a 10 ⁻⁶.
Cas 2: Optimització de la pantalla tàctil per a equips de fabricació intel·ligent
La pantalla tàctil d'una determinada màquina-eina CNC es va tocar accidentalment durant l'arrencada del motor i el resultat del diagnòstic és:
Font d'interferència: fluctuacions del camp magnètic causades per canvis sobtats en el corrent del servomotor (50 Hz i els seus harmònics)
Camí de propagació: forma interferència en mode comú a través de l'estructura metàl·lica de l'armari
Solució:
Afegiu un filtre de tipus π - a la font d'alimentació del xip tàctil (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
L'armari està fet de material d'acer inoxidable no-magnètic (μ r ≈ 1)
Afegiu coixinets d'aïllament entre la pantalla tàctil i l'armari (tensió de ruptura superior o igual a 10 kV)
Després de la renovació, la sensibilitat tàctil s'ha augmentat tres vegades i la taxa de fals tacte s'ha reduït del 15% al 0,5%.
