一, Industriële EMC-testnormen en kernvereisten
Het EMC-testen van industriële apparatuur moet voldoen aan het drie-niveausysteem van de Internationale Elektrotechnische Commissie (IEC), Europese Normen (EN) en Chinese Nationale Normen (GB). De belangrijkste testitems zijn onder meer:
Uitgestraalde emissie (RE): De testfrequentie beslaat 30 MHz tot 1 GHz en de apparatuur moet een elektromagnetische veldintensiteit van minder dan of gelijk aan 40 dB μ V/m (10 m afstand) ontvangen via een antenne in een echovrije kamer. Het kloksignaal en de harmonischen ervan van het LCD-scherm met gebroken code zijn de belangrijkste stralingsbronnen, en als ze niet geoptimaliseerd zijn in ontwerp, zijn ze gevoelig voor overschrijding van de norm.
Geleide interferentie (CE): De testfrequentie ligt tussen 150 kHz en 30 MHz en de interferentiespanning op de voedingslijn wordt gemeten via een lijnimpedantiestabilisatienetwerk (LISN). Als de voedingsmodule van het losgekoppelde LCD-scherm geen filterontwerp gebruikt, kan er via de voedingslijn hoogfrequente ruis naar het elektriciteitsnet worden verzonden, waardoor andere apparaten worden beïnvloed.
Elektrostatische ontlading (ESD): Pas volgens de IEC 61000-4-2-norm ± 8 kV contactontlading en ± 15 kV luchtontlading toe op de behuizing en interface van de apparatuur. Als het aanraakpaneel of de interface van het losgekoppelde LCD-scherm geen bescherming biedt, kan ESD weergaveafwijkingen of circuitschade veroorzaken.
Surge Immunity (SURGE): Simuleer blikseminslagen of schakeleffecten met hoge stroomsterkte om te testen of de apparatuur bestand is tegen overspanningen. In industriële omgevingen moet een LCD-scherm met kapotte code bestand zijn tegen een stroomstoot van minimaal ± 2 kV.
2, Analyse van EMC-interferentiebronnen in LCD met kapotte code
Het EMC-probleem van LCD met kapotte code komt voornamelijk voort uit de volgende aspecten:
Harmonische kloksignalen: het stuurcircuit van een LCD met defecte code gebruikt gewoonlijk een hoogfrequente klok (zoals 15 MHz), die meerdere harmonischen genereert (zoals 150 MHz en 300 MHz) na uitbreiding van de Fourier-serie. Als het kloksignaal niet wordt gefilterd of afgeschermd, kunnen harmonischen via PCB-bedrading of connectoren de ruimte in stralen, waardoor RE de norm overschrijdt.
Voedingsruis: Als de voedingsmodule van het losgekoppelde LCD-scherm geen gebruik maakt van een π --type filter of common-mode-inductor, kan de hoog-ruis van de schakelende voeding (zoals 100 kHz tot 1 MHz) via de voedingslijn naar het elektriciteitsnet worden geleid, waardoor CE-problemen ontstaan.
Interfacekoppeling: Als de signaalinterface van het losgekoppelde LCD-scherm (zoals SPI, I2C) geen opto-elektronische of magnetische isolatie gebruikt, kan externe interferentie via de signaallijn worden gekoppeld aan het stuurcircuit, wat resulteert in een abnormale weergave.
Defecten in de PCB-indeling: als signaallijnen met hoge-snelheid (zoals kloklijnen) niet differentieel worden gerouteerd, of als digitale aarde en analoge aarde niet worden geïsoleerd door magnetische kralen, kan dit aardlusinterferentie vormen en de ESD-immuniteit verminderen.
3, EMC-beschermingstechnologiesysteem voor LCD met gebroken code
Als reactie op de bovengenoemde interferentiebronnen moet een beveiligingssysteem voor het LCD-scherm met kapotte codes worden opgebouwd op basis van drie aspecten: materiaalkeuze, structureel ontwerp en circuitoptimalisatie.
1. Materiaal- en structurele optimalisatie
Geleidende coating: Spuit een ITO-geleidende laag op het oppervlak van het beeldscherm om de oppervlakteweerstand binnen het bereik van 10 ⁶ -10 ⁹ Ω/sq te regelen, waardoor statische elektriciteit snel kan worden ontladen en de ESD-immuniteit tot ± 8 kV kan worden verbeterd.
Ontwerp van afschermkap: voeg afschermkappen van koperfolie toe op belangrijke plekken op de printplaat, zoals driver-IC's en klokcircuits, en verbind deze via via's met de aarde om nabije-veldkoppeling te verminderen. Een bepaalde industriële drukzender vermindert door dit ontwerp de stralingsintensiteit op het 300 MHz-frequentiepunt met 15 dB.
Kabelafscherming: De signaal- en stroomlijnen maken gebruik van afgeschermde draden met getwist paar, waarbij de afschermingslaag 360 graden eindigt op de connectorbehuizing om common-modestraling te verminderen. Een bepaalde industriële servoaandrijving heeft door deze verbetering de geleidende interferentie met 10 dB verminderd.
2. Ontwerp van circuitoptimalisatie
Vermogensfiltering: Voeg een filter van het type π - toe aan de voedingsingangsterminal, met inductantiewaarden variërend van 100 μH tot 1mH en capaciteitswaarden variërend van 0,1 μF tot 10 μF, om differentiële en common-mode-ruis te onderdrukken. Een bepaalde industriële sensor reduceert door dit ontwerp de stoorspanning aan de voedingszijde tot onder de grenswaarde.
Signaalfiltering: Voeg een RC laag-doorlaatfilter toe aan de analoge signaalingang, met een afsnijfrequentie ingesteld op 1,5 keer de signaalbandbreedte, om hoog-ruis te verminderen. Een bepaald medisch apparaat gebruikt deze technologie om de signaallijnstraling met 8 dB te verminderen.
Kloksignaalverwerking: Verleng de stijgende flanktijd van het kloksignaal en verminder de harmonische amplitude van de hoge- frequentie; Of verlaag de klokfrequentie (bijvoorbeeld van 15 MHz naar 8 MHz) en verplaats de harmonische frequentiepunten buiten de testfrequentieband. Een bepaald enkel paneel reduceert de 150MHz stralingswaarde tot 1/20 door middel van frequentiereductieontwerp.
3. Aarding en lay-outoptimalisatie
Eénpuntsaarding: in laag-circuits (<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.
Meerlaags PCB-ontwerp: In een vierlaagse PCB worden onafhankelijke lagen en vermogenslagen opgezet, en worden tussenlaagverbindingen tot stand gebracht via via's om elektromagnetische koppeling te verminderen. Bepaalde spoorvervoerapparatuur vermindert de stralingsemissie via deze lay-out met 12 dB.
Gevoelige module-isolatie: Verdeel de lay-out van analoge circuits, digitale circuits en stroomcircuits in zones en plaats isolatiestrips tussen zones om signaalkruisinterferentie te verminderen. Een bepaalde slimme meter heeft door dit ontwerp het ESD-uitvalpercentage met 90% verlaagd.
4, Industriepraktijk en case-analyse
Geval 1: Rectificatie van overmatige stralingsemissie van industriële druktransmitters
Een bepaalde industriële druktransmitter overschreed de norm met 10 dB op het frequentiepunt van 300 MHz en werd verholpen door de volgende maatregelen:
Voeg een afschermkap toe op de printplaat om de ADC- en MCU-modules af te dekken, waardoor de afschermingsefficiëntie met 15 dB wordt verhoogd;
Vervang de voedings- en signaalleidingen door afgeschermde twisted pair-draden. Na het aarden van de afschermingslaag neemt de stralingsintensiteit af met 8dB;
Optimaliseer PCB-bedrading, verkort de hoog-signaallijnlengte en verminder differentiële modusstraling met 5 dB.
Ten slotte heeft het apparaat de stralingsemissietest IEC 61000-4-3 doorstaan.
Case 2: Rectificatie van onvoldoende ESD-immuniteit van industriële sensoren
Een bepaalde industriële sensor ondervond functionele afwijkingen tijdens ± 8kV contactontladingstests. De corrigerende maatregelen omvatten:
Voeg geleidende rubberen pads toe aan de naden van de schaal om de afschermingseffectiviteit te verhogen tot 50 dB;
Voeg een TVS-diodearray toe aan de signaalingangsterminal met een klemspanning van minder dan of gelijk aan 6V om het stroomafwaartse circuit effectief te beschermen;
Optimaliseer PCB-bedrading, vergroot de dekking van koperfolie op grondniveau en verminder ESD-energiekoppeling.
Ten slotte heeft het apparaat de ESD-test IEC 61000-4-2 doorstaan.
