一, Przemysłowe standardy testowania EMC i podstawowe wymagania
Testowanie EMC urządzeń przemysłowych musi być zgodne z trzy-systemem Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC), Normami Europejskimi (EN) i Chińskimi Normami Krajowymi (GB). Podstawowe elementy testowe obejmują:
Emisja promieniowana (RE): Częstotliwość testowa obejmuje zakres od 30 MHz do 1 GHz, a sprzęt musi odbierać przez antenę w komorze bezechowej natężenie pola elektromagnetycznego o natężeniu mniejszym lub równym 40 dB μ V/m (odległość 10 m). Sygnał zegara i jego harmoniczne zepsutego kodu LCD są głównymi źródłami promieniowania i jeśli nie zostaną zoptymalizowane w projekcie, są podatne na przekroczenie normy.
Zakłócenia przewodzone (CE): Częstotliwość testowa wynosi od 150 kHz do 30 MHz, a napięcie zakłócające w linii energetycznej jest mierzone za pomocą sieci stabilizacji impedancji linii (LISN). Jeśli moduł zasilania odłączonego wyświetlacza LCD nie posiada konstrukcji filtrującej,-zakłócenia o wysokiej częstotliwości mogą być przesyłane do sieci energetycznej przez linię energetyczną, wpływając na inne urządzenia.
Wyładowania elektrostatyczne (ESD): Zgodnie z normą IEC 61000-4-2, zastosować wyładowanie stykowe ± 8 kV i wyładowanie powietrzne ± 15 kV na obudowę urządzenia i interfejs. Jeśli panel dotykowy lub interfejs odłączonego wyświetlacza LCD nie jest chroniony, wyładowania elektrostatyczne mogą spowodować nieprawidłowe wyświetlanie lub uszkodzenie obwodu.
Odporność na przepięcia (SURGE): symuluj uderzenia pioruna lub uderzenia przełączające o wysokim natężeniu, aby przetestować zdolność sprzętu do wytrzymywania przepięć. W środowiskach przemysłowych wyświetlacz LCD z uszkodzonym kodem musi wytrzymać udar o wartości co najmniej ± 2 kV.
2, Analiza źródeł zakłóceń EMC na wyświetlaczu LCD z uszkodzonym kodem
Problem EMC uszkodzonego wyświetlacza LCD wynika głównie z następujących aspektów:
Harmoniczne sygnału zegara: obwód sterujący wyświetlacza LCD z uszkodzonym kodem zwykle wykorzystuje zegar o wysokiej-częstotliwości (takiej jak 15 MHz), który generuje wiele harmonicznych (takich jak 150 MHz i 300 MHz) po rozwinięciu szeregu Fouriera. Jeśli sygnał zegara nie jest filtrowany lub ekranowany, harmoniczne mogą promieniować w przestrzeń przez okablowanie lub złącza PCB, powodując przekroczenie normy RE.
Szum zasilania: jeśli moduł zasilania odłączonego wyświetlacza LCD nie wykorzystuje filtra typu π - ani cewki indukcyjnej typu wspólnego, szumy o wysokiej-częstotliwości zasilacza impulsowego (np. 100 kHz do 1 MHz) mogą być przewodzone do sieci energetycznej przez linię energetyczną, powodując problemy z CE.
Sprzężenie interfejsu: Jeśli interfejs sygnałowy odłączonego wyświetlacza LCD (taki jak SPI, I2C) nie wykorzystuje izolacji optoelektronicznej lub magnetycznej, zakłócenia zewnętrzne mogą przedostawać się do obwodu sterownika przez linię sygnałową, powodując nieprawidłowe wyświetlanie.
Wady układu PCB: jeśli szybkie-linie sygnałowe (takie jak linie zegara) nie są poprowadzone różnicowo lub masa cyfrowa i analogowa nie są izolowane za pomocą koralików magnetycznych, może to powodować zakłócenia w pętli uziemienia i zmniejszać odporność na wyładowania elektrostatyczne.
3, system technologii ochrony EMC dla LCD z uszkodzonym kodem
W odpowiedzi na wyżej wymienione źródła zakłóceń należy zbudować system ochrony wyświetlacza LCD przed uszkodzonymi kodami, uwzględniając trzy aspekty: dobór materiału, projekt konstrukcyjny i optymalizację obwodów
1. Optymalizacja materiałowa i konstrukcyjna
Powłoka przewodząca: Nałóż warstwę przewodzącą ITO na powierzchnię ekranu wyświetlacza, aby kontrolować rezystancję powierzchni w zakresie 10 ⁶ -10 ⁹ Ω/m2, co może szybko rozładować elektryczność statyczną i poprawić odporność na ESD do ± 8 kV.
Konstrukcja osłony ekranującej: dodaj osłony ekranujące z folii miedzianej w kluczowych obszarach płytki drukowanej, takich jak układy scalone sterowników i obwody zegara, i podłącz je do uziemienia za pomocą przelotek, aby zredukować sprzężenie-bliskiego pola. Dzięki tej konstrukcji pewien przemysłowy przetwornik ciśnienia zmniejsza intensywność promieniowania w punkcie częstotliwości 300 MHz o 15 dB.
Ekranowanie kabla: Linie sygnałowe i zasilające wykorzystują ekranowane skrętki dwużyłowe, z warstwą ekranującą zakończoną 360 stopni w stosunku do obudowy złącza, aby zmniejszyć promieniowanie w trybie wspólnym. Dzięki temu udoskonaleniu pewien przemysłowy serwonapęd zredukował zakłócenia przewodzone o 10 dB.
2. Projekt optymalizacji obwodu
Filtrowanie mocy: Dodaj filtr typu π - do zacisku wejściowego zasilania, o wartościach indukcyjności w zakresie od 100 μH do 1 mH i wartościach pojemności w zakresie od 0,1 μF do 10 μF, aby stłumić szum różnicowy i wspólny. Dzięki tej konstrukcji pewien czujnik przemysłowy zmniejsza napięcie zakłócające po stronie zasilacza poniżej wartości granicznej.
Filtrowanie sygnału: dodaj filtr dolnoprzepustowy-RC do wejścia sygnału analogowego z częstotliwością odcięcia ustawioną na 1,5-krotność szerokości pasma sygnału, aby zredukować-szum o wysokiej częstotliwości. Pewne urządzenie medyczne wykorzystuje tę technologię w celu zmniejszenia promieniowania linii sygnałowej o 8 dB.
Przetwarzanie sygnału zegarowego: wydłużenie czasu zbocza narastającego sygnału zegarowego i zmniejszenie amplitudy harmonicznych wysokiej-częstotliwości; Lub zmniejsz częstotliwość zegara (na przykład z 15 MHz do 8 MHz) i przesuń punkty częstotliwości harmonicznych poza testowane pasmo częstotliwości. Pewien pojedynczy panel zmniejsza wartość promieniowania 150 MHz do 1/20 poprzez konstrukcję redukcji częstotliwości.
3. Optymalizacja uziemienia i układu
Uziemienie jednopunktowe: w obwodach-niskiej częstotliwości (<1MHz), a star shaped grounding structure is used, where the digital ground and analog ground are connected at a single point through magnetic beads to avoid ground potential differences. A certain industrial controller has reduced ground bounce noise to 2mV through this design.
Wielowarstwowa konstrukcja płytki drukowanej: na czterowarstwowej płytce drukowanej utworzone są niezależne warstwy i warstwy mocy, a połączenia międzywarstwowe realizowane są za pomocą przelotek w celu zmniejszenia sprzężenia elektromagnetycznego. Dzięki takiemu układowi niektóre urządzenia transportu kolejowego zmniejszają emisję promieniowania o 12 dB.
Wrażliwa izolacja modułów: Podziel układ obwodów analogowych, obwodów cyfrowych i obwodów mocy na strefy i ustaw paski izolacyjne między strefami, aby zredukować zakłócenia sygnału. Dzięki tej konstrukcji pewien inteligentny licznik zmniejszył wskaźnik awaryjności ESD o 90%.
4, Praktyka branżowa i analiza przypadków
Przypadek 1: Usuwanie nadmiernej emisji promieniowania z przemysłowych przetworników ciśnienia
Pewien przemysłowy przetwornik ciśnienia przekroczył normę o 10 dB w punkcie częstotliwości 300 MHz i został skorygowany za pomocą następujących środków:
Dodaj osłonę ekranującą na płytce drukowanej, aby zakryć moduły ADC i MCU, zwiększając skuteczność ekranowania o 15 dB;
Zmień linie zasilające i sygnałowe na skrętkę ekranowaną. Po uziemieniu warstwy ekranującej natężenie promieniowania spada o 8dB;
Zoptymalizuj okablowanie PCB, skróć-długość linii sygnałowej wysokiej częstotliwości i zmniejsz promieniowanie w trybie różnicowym o 5 dB.
Ostatecznie urządzenie przeszło test emisji promieniowania IEC 61000-4-3.
Przypadek 2: Naprawa niewystarczającej odporności czujników przemysłowych na ESD
W pewnym czujniku przemysłowym wystąpiły nieprawidłowości w działaniu podczas testu wyładowania stykowego ± 8 kV. Środki naprawcze obejmują:
Dodaj przewodzące podkładki gumowe na szwach skorupy, aby zwiększyć skuteczność ekranowania do 50dB;
Dodaj układ diod TVS na zacisku wejściowym sygnału o napięciu zaciskowym mniejszym lub równym 6 V, aby skutecznie chronić obwód za urządzeniem;
Zoptymalizuj okablowanie PCB, zwiększ pokrycie folią miedzianą na poziomie podłoża i zmniejsz sprzężenie energii ESD.
Ostatecznie urządzenie przeszło test ESD IEC 61000-4-2.
