چگونه از تداخل الکترومغناطیسی در ال سی دی ابزار صنعتی جلوگیری کنیم؟

一، سه عنصر و مسیر انتشار تداخل الکترومغناطیسی
تشکیل تداخل الکترومغناطیسی (EMI) به سه عنصر به طور همزمان نیاز دارد: منبع تداخل، مسیر کوپلینگ و تجهیزات حساس. در محیط های صنعتی، منابع معمول تداخل عبارتند از:

اینورتر: جریان هارمونیک (2{1}}50 کیلوهرتز) تولید شده توسط مدولاسیون PWM از طریق خط برق هدایت می‌شود، در حالی که کابل خروجی آنتنی را برای تابش امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا (100 کیلوهرتز تا 30 مگاهرتز) تشکیل می‌دهد.
سیستم موتور: تشعشع جرقه الکتریکی تولید شده توسط جابجایی برس (100-1 مگاهرتز)، و همچنین نوسانات میدان مغناطیسی ناشی از تغییر در جریان سیم پیچ (50 هرتز و هارمونیک های آن).
دستگاه جوش: پالس الکترومغناطیسی با شدت بالا (0.1-10 مگاهرتز) که در طول فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی تولید می‌شود، می‌تواند تا ده‌ها متر تابش کند.
دستگاه های ارتباطی بی سیم: باندهای فرکانس Wi-Fi/Bluetooth (2.4GHz/5GHz) با باندهای فرکانس حساس مدارهای کنترل LCD همپوشانی دارند.
تداخل از طریق مسیرهای زیر به سیستم LCD حمله می کند:

کوپلینگ رسانا: با استفاده از خطوط برق و سیگنال به عنوان حامل، تداخل مستقیماً به مدار تزریق می شود.
اتصال تابشی: امواج الکترومغناطیسی فضایی ولتاژ تداخلی را در سیم‌کشی PCB یا کانکتورها از طریق اثرات آنتن القا می‌کنند.
کوپلینگ امپدانس مشترک: یک امپدانس مشترک در مدار زمین وجود دارد که باعث می شود جریان تداخل بین دستگاه ها جریان یابد.
2، ساخت سیستم فناوری حفاظت
1. طراحی محافظ: جلوی انتشار امواج الکترومغناطیسی را بگیرید
محافظ پوسته فلزی: با استفاده از آلیاژ آلومینیوم یا پوسته ورق فولادی گالوانیزه، با ضخامت بیشتر یا مساوی 1.5 میلی متر برای دستیابی به تضعیف موثر. به عنوان مثال، یک سازنده ابزار شیمیایی با بهینه سازی ساختار پوسته به بازده محافظتی بیش از 40dB در باند فرکانسی 30MHz-1GHz دست یافت. نکات کلیدی طراحی عبارتند از:

تداوم بدنه محافظ: عرض شکاف پوسته باید در 0.1 میلی متر کنترل شود و برای اتصال الکتریکی باید از پدهای رسانا یا صفحات فنری استفاده شود.
کنترل دیافراگم: سوراخ های اتلاف گرما از طراحی لانه زنبوری با دیافراگم کمتر یا مساوی λ/20 استفاده می کنند (که λ بالاترین طول موج فرکانس تداخل است).
پردازش پنجره نمایشگر: از شیشه رسانای ITO (مقاومت سطحی کمتر یا مساوی 10 Ω/□) یا محافظ شبکه فلزی، با عبور نور بیشتر یا مساوی 85 درصد استفاده کنید.
جداسازی محافظ داخلی: اجرای محافظ محلی برای ماژول های مدار حساس:

تراشه کنترل اصلی: با استفاده از پوشش محافظ فویل مسی، مقاومت زمین کمتر یا مساوی 10m Ω.
ماژول برق: حلقه‌های مغناطیسی را در اطراف مبدل DC{0} نصب کنید تا نویز سوئیچ را کاهش دهید.
رابط سیگنال: از اتصال دهنده های محافظ (مانند نوع D-) استفاده کنید و لایه محافظ را 360 درجه به صفحه زمین PCB لحیم کنید.
2. تکنولوژی فیلتر کردن: سرکوب تداخل انجام شده
فیلتر پایان برق: یک فیلتر EMI را در انتهای ورودی برق LCD، با پارامترهای مورد نیاز معمولی نصب کنید:

تلفات درج: بیشتر یا مساوی 40 دسی بل در باند فرکانسی 150 کیلوهرتز تا 30 مگاهرتز
جریان نامی: با توجه به نیاز بار انتخاب کنید و یک حاشیه 20٪ باقی بگذارید
جریان نشتی: کمتر یا مساوی 1 میلی آمپر (مطابق با استاندارد ایمنی IEC 60950)
مطالعه موردی یک ابزار ماشین نشان می‌دهد که پس از استفاده از فیلتر LC دو مرحله‌ای، تداخل انجام‌شده روی خط برق از 45dB μV به 20dB μV کاهش یافت.

فیلتر خط سیگنال: برای خطوط سیگنال ویدئویی مانند RGB/LVDS، ترکیبی از سیم پیچ خفه کننده حالت معمول (CMCC) و خازن حالت دیفرانسیل برای فیلتر کردن استفاده می شود:

اندوکتانس CMCC: 100-1000 μH (بر اساس فرکانس سیگنال انتخاب شده است)
ظرفیت دیفرانسیل: 0.1-1 μF (خازن ایمنی نوع X2)
3. بهینه سازی سیستم زمین
استراتژی اتصال به زمین تک نقطه: در مدارهای{0} فرکانس پایین (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>10 مگاهرتز)، طراحی برد چند لایه PCB-برای ایجاد یک صفحه زمین کامل اتخاذ شده است:

تقسیم‌بندی صفحه زمین: زمین دیجیتال و زمین آنالوگ در یک نقطه از طریق یک مقاومت 0 Ω یا مهره‌های مغناطیسی به هم متصل می‌شوند.
اتصال زمین از طریق: حداقل یک اتصال زمین با قطر بزرگتر یا مساوی 0.5 میلی متر باید در هر اینچ مربع PCB ترتیب داده شود.
کنترل مقاومت زمین: با اقدامات زیر اطمینان حاصل کنید که مقاومت زمین کمتر یا مساوی 4 Ω است:

تعداد الکترودهای اتصال زمین را افزایش دهید (حداقل 3 عدد)
استفاده از کاهنده مقاومت (مقاومت کمتر یا مساوی 5 Ω· متر)
به طور مرتب مقاومت زمین را بررسی کنید (هر سه ماه یک بار توصیه می شود)
4. طراحی ضد تداخل PCB-
بهینه سازی چیدمان:

مسیریابی سیگنال کلیدی: طول خطوط ساعت و سیگنال ویدئویی باید در محدوده λ/20 (که λ طول موج سیگنال است) کنترل شود.
صفحه قدرت/زمین: با اتخاذ یک ساختار تخته 4 لایه (سیگنال سیگنال قدرت زمین)، صفحه قدرت به طور محکم با صفحه زمین جفت می شود.
چیدمان دستگاه: مدارهای آنالوگ و مدارهای دیجیتال در مناطق مجزا با فاصله بیشتر یا مساوی 5 میلی متر چیده شده اند.
مشخصات سیم کشی:

مسیریابی دیفرانسیل: طول مساوی (خطای کمتر یا مساوی 50 میلی متر) را با فاصله دو برابر عرض خط حفظ کنید.
مسیریابی سرپانتین: برای تطبیق تاخیر سیگنال ساعت، با دامنه بزرگتر یا مساوی 3 برابر عرض خط و فاصله بیشتر یا مساوی 5 برابر عرض خط استفاده می شود.
آرایش خازن فیلتر: خازن سرامیکی 0.1 μF در نزدیکی پایه پاور تراشه قرار دارد (کمتر یا مساوی 3 میلی متر) و خازن تانتالیوم 10 μF در ورودی برق چیده شده است.
3، تجزیه و تحلیل مورد برنامه کاربردی معمولی
مورد 1: طراحی ضد تداخل ابزارهای پتروشیمی
ال سی دی یک سیستم مانیتورینگ میدان نفتی مشخص، نمایش غیرعادی را در حین عملیات جوشکاری نشان داد. پس از تجزیه و تحلیل مشخص شد که:

منبع تداخل: پالس الکترومغناطیسی 1-10 مگاهرتز تولید شده توسط دستگاه جوش
مسیر انتشار: تابش فضایی همراه با خط سیگنال ویدئویی LCD
راه حل:
یک حلقه مغناطیسی فریت (μr=1000) در لایه بیرونی خط سیگنال اضافه کنید
رابط ویدیویی به رابط دیجیتال DVI{0}D (با قابلیت ضد تداخل قوی برای انتقال دیفرانسیل) تغییر یافت
چسباندن لاستیک رسانا (مقاومت حجمی کمتر یا مساوی 0.01 Ω· سانتی متر) در شکاف پوسته
پس از پیاده سازی، سیستم همچنان می تواند در طول عملیات جوشکاری پایدار نمایش داده شود و میزان خطا از 10-3 به 10-6 کاهش یافته است.
مورد 2: بهینه سازی صفحه نمایش لمسی برای تجهیزات ساخت هوشمند
صفحه لمسی یک ماشین ابزار CNC مشخص به طور تصادفی هنگام راه اندازی موتور لمس می شود و نتیجه تشخیص این است:

منبع تداخل: نوسانات میدان مغناطیسی ناشی از تغییرات ناگهانی در جریان سروو موتور (50 هرتز و هارمونیک های آن)
مسیر انتشار: تداخل حالت مشترک را از طریق ساختار فلزی کابینت ایجاد کنید
راه حل:
یک فیلتر نوع π - را به منبع تغذیه تراشه لمسی اضافه کنید (L=100 μ H، C=0.1 μ F)
کابینت از جنس فولاد ضد زنگ غیر مغناطیسی است (μ r ≈ 1)
پدهای عایق را بین صفحه لمسی و کابینت اضافه کنید (ولتاژ خرابی بیشتر یا مساوی 10 کیلو ولت)
پس از بازسازی، حساسیت لمسی سه برابر افزایش یافته و نرخ لمس کاذب از 15٪ به 0.5٪ کاهش یافته است.