EN
Зашто прелазак високе фреквенције појачава ЕМИ у линеарним возачима аутоматизационих система
Хармонична пролиферација и блиско-поље копљење изнад 1 MHz
Када радимо изнад 1 MHz, те изненадне промене струје кроз линеарне возаче почињу да стварају све врсте хармоника које се шире кроз различите фреквентне опсеге. Оно што се дешава даље је прилично проблематично за блиске кола јер ова повећана активност доводи до јачег спајања у блиском пољу. Електромагнетне интерференције се затим емитују у суседне трагове кола и компоненте, чак и без физичког додирвања. И овде је нешто занимљиво о томе како ствари постају лоше: сваки пут када удвостручимо фреквенцију преласка, ниво интерференције се повећава четири пута према недавним налазима од ДигиКеи-а. Још једна велика забринутост долази када се ивице сигнала повећавају брже од 10 волти у наносекунди. Ови брзи прелази покрећу нежељене капацитете на неочекиваним местима, претварајући оштре врхове напона у стварне бучне сигнале који на крају крше стандарде ФЦЦ-а за индустријску опрему.
Неисправност у стварном свету: Проводио ЕМИ превазилазак на 2,4 МГц у линеарним покретачима који се контролишу ПЛЦ-ом
У једном стварном тесту на терену где су линеарни покретачи контролисани ПЛЦ-ом радили на фреквенцијама од 2,4 МГц, инжењери су приметили да нивои ЕМИ-а далеко прелазе стандарде CISPR 32 класе А за око 15 дБ. Угледавши дубље, открили су да проблем потиче од тих непријатних заземљених петљица узрокованих брзим променама струје (дИ/дТ) између пица за управљање и намотања покретача. У суштини, ови високофреквентни сигнали су прошли поред филтера кроз оне незаштићене жице. Оно што нас то учи је веома важно за све који раде са фреквенцијама изнад 1 MHz. Једноставно речено, прави дизајн захтева да се заједно раде више приступа. Прво очистите распоред ПЦБ-а, а затим додајте и добро филтрирање на нивоу компоненте. Покушавање да се то поправи само једном методом обично завршава губљењем времена и новца на скупе поправке у складу са законом касније.
Критични ЕМИ возачи: Лайоут, стопе и избор компоненти
Три примарна фактора управљају ЕМИ-ом у линеарним возачима система аутоматизације: физичка геометрија распореда, брзине преласка и избор компоненти. Свако директно утиче на електромагнетну компатибилност (ЕМЦ), са лошим оптимизацијом која потенцијално повећава емисије за 2040 ДБ према стандардизованим протоколима тестирања у индустрији.
Минимизација површине петље и интегритет земље за контролу излучне ЕМИ
Количина излучених емисија генерално се повећава како се величина струјских петљица повећава, тако и када се прелазе фреквентне хармонике постају израженије. Када се ради са линеарним колама возача, ове проблематичне петље имају тенденцију да се развијају између неколико кључних компоненти, укључујући мошне МОСФЕТ-е у пара са декомпресорским кондензаторима, моторне фазе повезане са њиховим одговарајућим повратним путевима и ИЦ- Да би ове области петљи биле довољно мале да се управљају, инжењери морају пажљиво размишљати о томе где се свака компонента налази на плочи и често се окренути вишеслојним ПЦБ дизајнима за бољу контролу. Стварање посвећених копнених авиона помаже у успостављању тих веома потребних пута за повратак ниске импеданце кроз кола. И заиста је важно да нема никаквих раскола испод тих трагова високе струје, јер то може изазвати све врсте проблема са заземљавањем познатих као отскок од земље. На фреквенцијама које прелазе 1 МГц, нешто што се зове путем шивања око ивица површина земље чини огромну разлику, такође смањујући индуктивност за више од половине онога што видимо само са редовним одноточним везама.
дИ/ДТ-индуциране струје у заједничком режиму из брзосметајућих чворова у линеарним топологијама драйвера
Брзе прелазе струје (дИ/дТ) током преласка генеришу буку у заједничком режиму кроз паразитне капацитанце, посебно на чворима одвода, намотањима трансформатора и интерфејсима топлотнице. Како се брзина преласка повећава, повећава се и амплитуда буке и ефикасност спајања:
| Брзина преласка | Амплитуда буке (Впк) | Пут за спој |
|---|---|---|
| 10 А/нс (споро) | 0.5 | МОСФЕТ-дренаж у топлотни рачун |
| 100 А/нс (брз) | 3.2 | Трансформаторска намотка до језгра |
Ова бука се шири кроз конекције шасије и каблове. Ефикасно ублажавање укључује контролисано подешавање брзине ивице преко отпорника капи и задирујућих уређаја за заједнички режим који пружају > 25 dB атенуације изнад 2 MHz. Заштићено увртано-парско моторско жице смањује спој поља за најмање 18 ДБ у поређењу са алтернативама без заштите.
Доказане стратегије ублажавања за линеарне возаче система аутоматизације
Технике на нивоу ПЦБ-а: Оптимизовано стаклање, заштитни трагови и CM/DM раздвајање буке
Приликом пројектовања ПЦБ-а, коришћење вишеслојних спакова са одговарајућим земљеним равнима може смањити површине петљи за око 60%. Додавање трага чувара поред тих брких линија сигнала помаже у смањењу проблема са прекоречним звуком за око 40 ДБ, према истраживању из ИЕЕЕ ЕМЦ Друштва још 2023. године. За фреквенције изнад 1 МГц, постаје заиста важно одвојити CM и DM путеве буке, јер се хармонике започињу мешати са оним што обично сматрамо различитим изворима буке. У улазним/излазним тачкама, феритне биљке добро раде када се комбинују са стратешки постављеним оптом кондензаторима и мањим високим фреквенцијама. Ове компоненте заједно помажу у контроли тих досадних резонантних врхова које произвођачи покушавају да избегну јер знају колико скупи проблеми са ЕМИ могу бити у реалним апликацијама. Неке студије указују да ова питања коштају компаније у просеку око 740 хиљада долара у различитим индустријама.
Инновације на нивоу компоненти: интегрисани пасивни филтери и уграђени ферити у линеарне управљачке ИЦ
Најновија генерација линеарних возача ИЦ-а сада долази са уграђеним филтерима и нанокристални феррити у самом пакету. Ова промена дизајна смањује простор потребан за филтрирање компоненти за око 80% у поређењу са традиционалним приступом одвојених делова. То значи да више не морамо да се бавимо тим досадним паразитарним индукцијама које долазе из свих додатних жица изван чипа, што је заправо један од главних криваца иза тих досадних ширина напона узрокованих брзим променама струје (дИ/дТ). Према томе што произвођачи виде у терену, ови нови чипови могу смањити електромагнетне интерференције за чак 30 ДБ када раде на брзинама преласка од 2,4 МГц захваљујући паметним техникама за штитивање субстрата. Шта је било резултат? ПЛЦ контролисани актуатори могу лако проћи стандарде CISPR 11 класе А без потребе за додатним спољним компонентама филтрирања. И говорећи о суровим окружењима, топлотне управљање је пажљиво дизајнирано тако да ови уређаји раде поуздано чак и када температуре достигну око 105 степени Целзијуса, што се често дешава у тим уским просторима где се налазе кабинети за управљање мотором.