一, Průmyslové zkušební normy EMC a základní požadavky
Testování EMC průmyslových zařízení musí být v souladu s tří{0}}úrovňovým systémem Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC), evropskými normami (EN) a čínskými národními normami (GB). Mezi základní testovací položky patří:
Vyzařované záření (RE): Testovací frekvence pokrývá 30 MHz až 1 GHz a zařízení musí přijímat intenzitu elektromagnetického pole menší nebo rovnou 40 dB μ V/m (vzdálenost 10 m) prostřednictvím antény v bezodrazové komoře. Hodinový signál a jeho harmonické z přerušeného kódu LCD jsou hlavními zdroji záření, a pokud nejsou optimalizovány v designu, jsou náchylné k překročení standardu.
Vedené rušení (CE): Zkušební frekvence je mezi 150 kHz a 30 MHz a rušivé napětí na elektrickém vedení se měří prostřednictvím sítě pro stabilizaci impedance vedení (LISN). Pokud napájecí modul odpojeného LCD nepřijme konstrukci filtrování, může se do elektrické sítě přes elektrické vedení přenášet vysokofrekvenční šum, který ovlivní další zařízení.
Elektrostatický výboj (ESD): Podle normy IEC 61000-4-2 aplikujte ± 8 kV kontaktní výboj a ± 15 kV vzduchový výboj na kryt zařízení a rozhraní. Pokud dotykový panel nebo rozhraní odpojeného LCD postrádá ochranu, ESD může způsobit abnormality zobrazení nebo poškození obvodu.
Odolnost proti přepětí (SURGE): Simulujte údery blesku nebo nárazy se spínáním vysokého proudu, abyste otestovali schopnost zařízení odolat přepětí. V průmyslovém prostředí musí rozbitý kódový LCD odolat nárazovému rázu alespoň ± 2 kV.
2, Analýza zdrojů EMC rušení v LCD s přerušeným kódem
Problém EMC nefunkčního kódu LCD pramení hlavně z následujících aspektů:
Harmonické signály hodinového signálu: Budicí obvod LCD s přerušeným kódem obvykle používá vysokofrekvenční -takty (např. 15 MHz), které po rozšíření Fourierovy řady generují více harmonických (např. 150 MHz a 300 MHz). Pokud není hodinový signál filtrován nebo stíněný, harmonické mohou vyzařovat do prostoru kabely nebo konektory PCB, což způsobí, že RE překročí standard.
Šum napájecího zdroje: Pokud napájecí modul odpojeného LCD nepoužívá filtr typu π - nebo induktor společného režimu, může být vysoko-frekvenční šum spínaného zdroje (např. 100 kHz až 1 MHz) veden do elektrické sítě přes elektrické vedení, což způsobí problémy CE.
Vazba rozhraní: Pokud signálové rozhraní odpojeného LCD (jako je SPI, I2C) nepoužívá optoelektronickou nebo magnetickou izolaci, může se s obvodem ovladače přes signálové vedení spojit vnější rušení, což má za následek abnormální zobrazení.
Vady rozvržení desky plošných spojů: Pokud nejsou vysokorychlostní signální vedení (např. hodinová vedení) vedena rozdílně nebo digitální zem a analogová zem nejsou izolovány magnetickými kuličkami, může to tvořit rušení zemní smyčky a snižovat odolnost vůči ESD.
3, systém technologie ochrany EMC pro LCD s poškozeným kódem
V reakci na výše uvedené zdroje rušení je třeba zkonstruovat ochranný systém pro LCD s poškozenými kódy ze tří hledisek: výběr materiálu, konstrukční návrh a optimalizace obvodu.
1. Optimalizace materiálu a konstrukce
Vodivý povlak: Nastříkejte na povrch obrazovky vodivou vrstvu ITO pro kontrolu povrchového odporu v rozsahu 10 ⁶ -10 ⁹ Ω/sq, což může rychle vybít statickou elektřinu a zlepšit odolnost proti ESD na ± 8 kV.
Návrh stínícího krytu: Přidejte stínící kryty z měděné fólie na klíčové oblasti desky plošných spojů, jako jsou integrované obvody ovladače a obvody hodin, a připojte je k zemi pomocí propojovacích vodičů, abyste omezili vazbu blízkého pole. Určitý průmyslový tlakový vysílač snižuje intenzitu záření ve frekvenčním bodě 300 MHz o 15 dB prostřednictvím této konstrukce.
Stínění kabelů: Signálové a napájecí vedení používají kroucené páry stíněných vodičů se stínící vrstvou ukončenou o 360 stupňů k pouzdru konektoru, aby se snížilo vyzařování v běžném režimu. Určitý průmyslový servopohon tímto vylepšením snížil rušení vedením o 10 dB.
2. Návrh optimalizace obvodu
Filtrování napájení: Přidejte na vstupní napájecí svorku filtr typu π - s hodnotami indukčnosti v rozsahu od 100 μH do 1 mH a hodnotami kapacity v rozsahu od 0,1 μF do 10 μF, abyste potlačili diferenciální a společný režim. Určitý průmyslový snímač snižuje rušivé napětí na straně napájení pod mezní hodnotu prostřednictvím této konstrukce.
Filtrování signálu: Přidejte RC nízko{0}}propustný filtr na vstup analogového signálu s mezní frekvencí nastavenou na 1,5násobek šířky pásma signálu, abyste snížili vysokofrekvenční šum. Určitý lékařský přístroj používá tuto technologii ke snížení vyzařování signálového vedení o 8 dB.
Zpracování hodinového signálu: Prodlužte čas náběžné hrany hodinového signálu a snižte jeho amplitudu vysokofrekvenční harmonické; Nebo snižte frekvenci hodin (např. z 15 MHz na 8 MHz) a přesuňte body harmonické frekvence mimo testovací frekvenční pásmo. Určitý jediný panel snižuje hodnotu vyzařování 150 MHz na 1/20 díky návrhu snížení frekvence.
3. Optimalizace uzemnění a uspořádání
Jednobodové uzemnění: V nízkofrekvenčních obvodech- (<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.
Návrh vícevrstvé desky plošných spojů: Ve čtyřvrstvé desce plošných spojů jsou nastaveny nezávislé vrstvy a výkonové vrstvy a spojení mezi vrstvami je dosaženo prostřednictvím prokovů, aby se snížila elektromagnetická vazba. Určité zařízení pro železniční dopravu tímto uspořádáním snižuje vyzařování o 12 dB.
Izolace citlivých modulů: Rozdělení analogových obvodů, digitálních obvodů a silových obvodů do zón a mezi zónami umístěte izolační proužky, abyste snížili křížové rušení signálu. Jistý inteligentní měřič díky tomuto návrhu snížil míru selhání ESD o 90 %.
4, Průmyslová praxe a případová analýza
Případ 1: Náprava nadměrného záření z průmyslových snímačů tlaku
Určitý průmyslový snímač tlaku překročil normu o 10 dB ve frekvenčním bodě 300 MHz a byl opraven pomocí následujících opatření:
Přidejte stínící kryt na PCB pro zakrytí modulů ADC a MCU, čímž se zvýší účinnost stínění o 15 dB;
Změňte napájecí a signální vedení na stíněné kroucené dvoulinky. Po uzemnění stínící vrstvy se intenzita záření sníží o 8dB;
Optimalizujte zapojení plošných spojů, zkraťte-délku vedení vysokofrekvenčního signálu a snižte vyzařování v diferenciálním režimu o 5 dB.
Nakonec zařízení prošlo testem vyzařování záření IEC 61000-4-3.
Případ 2: Náprava nedostatečné ESD odolnosti průmyslových snímačů
Určitý průmyslový senzor zaznamenal funkční abnormality během testování kontaktního výboje ± 8 kV. Mezi nápravná opatření patří:
Přidejte vodivé pryžové podložky na švy pláště pro zvýšení účinnosti stínění na 50 dB;
Přidejte TVS diodové pole na vstupní svorku signálu s klešťovým napětím menším nebo rovným 6V, abyste účinně chránili výstupní obvod;
Optimalizujte kabeláž PCB, zvyšte pokrytí měděnou fólií na úrovni země a snižte propojení energie ESD.
Nakonec zařízení prošlo testem IEC 61000-4-2 ESD.
