一, Üç Element ve Elektromanyetik Girişimin Yayılma Yolu
Elektromanyetik girişimin (EMI) oluşumu aynı anda üç unsuru gerektirir: girişim kaynağı, bağlantı yolu ve hassas ekipman. Endüstriyel ortamlarda tipik parazit kaynakları şunları içerir:
İnvertör: PWM modülasyonu tarafından üretilen harmonik akım (2-50kHz) güç hattı üzerinden iletilirken, çıkış kablosu yüksek frekanslı elektromanyetik dalgaları (100kHz-30MHz) yaymak için bir anten oluşturur.
Motor sistemi: Fırça komütasyonunun (1-100MHz) yanı sıra sargı akımındaki değişikliklerin (50Hz ve harmonikleri) neden olduğu manyetik alan dalgalanmaları tarafından üretilen elektrik kıvılcım radyasyonu.
Kaynak makinesi: Ark kaynağı işlemi sırasında üretilen yüksek-yoğunluktaki elektromanyetik darbe (0,1-10MHz), onlarca metreye kadar yayılabilir.
Kablosuz iletişim cihazları: Wi Fi/Bluetooth frekans bantları (2,4 GHz/5 GHz), LCD kontrol devrelerinin hassas frekans bantlarıyla örtüşür.
Parazit, LCD sistemini aşağıdaki yollardan istila eder:
İletken bağlantı: Güç ve sinyal hatlarını taşıyıcı olarak kullanarak parazit doğrudan devreye enjekte edilir.
Radyasyon bağlantısı: Uzay elektromanyetik dalgaları, anten etkileri yoluyla PCB kabloları veya konektörleri üzerinde girişim voltajına neden olur.
Ortak empedans bağlantısı: Topraklama devresinde, cihazlar arasında girişim akımının akmasına neden olan ortak bir empedans vardır.
2, Koruma Teknolojisi Sistemi İnşaatı
1. Koruyucu tasarım: Elektromanyetik dalgaların yayılmasını engelleyin
Metal kabuk koruyucu: Etkili zayıflama sağlamak için kalınlığı 1,5 mm'den büyük veya eşit olan alüminyum alaşımı veya galvanizli çelik levha kabuğu kullanılır. Örneğin, bir kimyasal cihaz üreticisi, kabuk yapısını optimize ederek 30MHz-1GHz frekans bandında 40dB'nin üzerinde bir koruma verimliliği elde etti. Anahtar tasarım noktaları şunları içerir:
Ekranlama gövdesinin sürekliliği: Kabuk aralığının genişliği 0,1 mm içinde kontrol edilmeli ve elektrik bağlantısı için iletken pedler veya yaylı plakalar kullanılmalıdır.
Açıklık kontrolü: Isı dağıtım delikleri, λ/20'den küçük veya buna eşit (burada λ, en yüksek girişim frekansı dalga boyudur) bir açıklığa sahip bir bal peteği tasarımını benimser.
Ekran penceresi işleme: Işık geçirgenliği %85'ten büyük veya eşit olan ITO iletken cam (yüzey direnci 10 Ω/□'den az veya ona eşit) veya metal ağ koruyucu kullanın.
Dahili ekranlama izolasyonu: Hassas devre modülleri için yerel ekranlama uygulayın:
Ana kontrol çipi: bakır folyo koruyucu kapak kullanılarak, topraklama direnci 10m Ω'dan az veya ona eşit.
Güç modülü: Anahtar gürültüsünü bastırmak için DC-DC dönüştürücünün etrafına manyetik halkalar takın.
Sinyal arayüzü: Korumalı konektörler (D-alt tipi gibi) kullanın ve koruma katmanını PCB toprak düzlemine 360 derece lehimleyin.
2. Filtreleme teknolojisi: İletilen parazitin bastırılması
Güç ucu filtreleme: LCD güç girişi ucuna, tipik parametre gereksinimlerine sahip bir EMI filtresi takın:
Ekleme kaybı: 150kHz-30MHz frekans bandında 40dB'ye eşit veya daha büyük
Nominal akım: %20 marj bırakarak yük gereksinimlerine göre seçin
Kaçak akım: 1mA'den az veya eşit (IEC 60950 güvenlik standardına uygun)
Bir araba enstrümanına ilişkin örnek olay incelemesi, iki-aşamalı bir LC filtresi kullanıldıktan sonra, güç hattında iletilen parazitin 45dB μ V'den 20dB μ V'ye düştüğünü göstermektedir.
Sinyal hattı filtreleme: RGB/LVDS gibi video sinyal hatları için, filtreleme amacıyla ortak modlu boğucu bobin (CMCC) ve diferansiyel mod kapasitörünün bir kombinasyonu kullanılır:
CMCC endüktansı: 100-1000 μ H (sinyal frekansına göre seçilir)
Diferansiyel kapasitans: 0,1-1 μ F (X2 tipi güvenlik kondansatörü)
3. Topraklama sisteminin optimizasyonu
Tek nokta topraklama stratejisi: Düşük-frekans devrelerinde (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>Tam bir zemin düzlemi oluşturmak için PCB çok-katmanlı kart tasarımı benimsenmiştir:
Zemin düzlemi segmentasyonu: Dijital toprak ve analog toprak, 0 Ω direnç veya manyetik boncuklar aracılığıyla tek bir noktaya bağlanır.
Topraklama yolu: PCB'nin inç karesi başına çapı 0,5 mm'ye eşit veya daha büyük olan en az bir topraklama yolu düzenlenecektir.
Topraklama direnci kontrolü: Aşağıdaki önlemleri alarak topraklama direncinin 4 Ω'dan düşük veya ona eşit olduğundan emin olun:
Topraklama elektrotlarının sayısını artırın (en az 3)
Direnç düşürücü kullanın (direnç 5 Ω·m'ye eşit veya daha az)
Topraklama direncini düzenli olarak kontrol edin (üç ayda bir önerilir)
4. PCB anti-parazit tasarımı
Düzen optimizasyonu:
Anahtar sinyal yönlendirme: Saat ve video sinyal hatlarının uzunluğu λ/20 dahilinde kontrol edilmelidir (burada λ sinyal dalga boyudur).
Güç/Yer Düzlemi: 4 katmanlı bir kart yapısını (sinyal yer güç sinyali) benimseyen güç düzlemi, yer düzlemine sıkı bir şekilde bağlanmıştır.
Cihaz düzeni: Analog devreler ve dijital devreler, 5 mm'den büyük veya eşit aralıklarla ayrı bölgelerde düzenlenir.
Kablolama özellikleri:
Diferansiyel yönlendirme: Çizgi genişliğinin iki katı aralıkla eşit uzunluğu (hata 50mil'den az veya eşit) koruyun.
Serpantin yönlendirme: saat sinyali gecikme eşleştirmesi için kullanılır, genlik çizgi genişliğinin 3 katından büyük veya buna eşit ve aralık çizgi genişliğinin 5 katından büyük veya eşittir.
Filtre kapasitör düzeni: 0,1 μ F seramik kapasitör, çip güç piminin yakınında bulunur (3 mm'den az veya eşit) ve güç girişinde 10 μ F tantal kapasitör düzenlenmiştir.
3, Tipik uygulama vaka analizi
Durum 1: Petrokimya aletlerinin parazit önleyici tasarımı
Belirli bir petrol sahası izleme sisteminin LCD'si kaynak işlemleri sırasında anormal bir görüntü gösterdi. Analizden sonra şu tespit edildi:
Parazit kaynağı: Kaynak makinesi tarafından üretilen 1-10MHz elektromanyetik darbe
Yayılma yolu: LCD video sinyal hattına bağlanan uzay radyasyonu
Çözüm:
Sinyal hattının dış katmanına bir ferrit manyetik halka (μ r=1000) ekleyin
Video arayüzü, DVI-D dijital arayüzüne değiştirildi (diferansiyel iletim için güçlü-parazit önleme özelliğine sahip)
Kabuğun boşluğuna iletken kauçuk yapıştırın (hacim direnci 0,01 Ω·cm'ye eşit veya daha az)
Uygulamadan sonra sistem kaynak işlemleri sırasında hala stabil görüntü verebilmektedir ve hata oranı 10 ⁻³'den 10 ⁻⁶'ye düşmüştür.
Durum 2: Akıllı Üretim Ekipmanları için Dokunmatik Ekranın Optimizasyonu
Belirli bir CNC makinesinin dokunmatik ekranına motor çalıştırılırken kazara dokunuldu ve teşhis sonucu şöyle oldu:
Parazit kaynağı: Servo motor akımındaki ani değişikliklerden kaynaklanan manyetik alan dalgalanmaları (50Hz ve harmonikleri)
Yayılma yolu: Kabinin metal yapısı aracılığıyla ortak mod girişimi oluşturur
Çözüm:
Dokunmatik çipin güç kaynağına π - tipi bir filtre ekleyin (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
Kabin,-manyetik olmayan paslanmaz çelik malzemeden yapılmıştır (μ r ≈ 1)
Dokunmatik ekran ile kabin arasına yalıtım pedleri ekleyin (arıza voltajı 10kV'den büyük veya ona eşit)
Yenileme sonrasında dokunma hassasiyeti üç kat artırıldı ve hatalı dokunma oranı %15'ten %0,5'e düşürüldü.
