一, معايير اختبار EMC الصناعية والمتطلبات الأساسية
يجب أن يتوافق اختبار التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) للمعدات الصناعية مع نظام المستويات الثلاثة- للجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، والمعايير الأوروبية (EN)، والمعايير الوطنية الصينية (GB). تشمل عناصر الاختبار الأساسية ما يلي:
الانبعاثات المشعة (RE): يغطي تردد الاختبار 30 ميجا هرتز إلى 1 جيجا هرتز، ويلزم أن يستقبل الجهاز شدة مجال كهرومغناطيسي أقل من أو تساوي 40 ديسيبل μ فولت/م (مسافة 10 أمتار) من خلال هوائي في غرفة كاتمة للصدى. تعد إشارة الساعة وتوافقياتها الخاصة بشاشة LCD المكسورة هي مصادر الإشعاع الرئيسية، وإذا لم يتم تحسينها في التصميم، فإنها عرضة لتجاوز المعيار.
التداخل المجرى (CE): يتراوح تردد الاختبار بين 150 كيلو هرتز و30 ميجا هرتز، ويتم قياس جهد التداخل على خط الطاقة من خلال شبكة تثبيت مقاومة الخط (LISN). إذا كانت وحدة الطاقة الخاصة بشاشة LCD المنفصلة لا تعتمد تصميم الترشيح، فقد يتم نقل ضوضاء عالية التردد- إلى شبكة الطاقة عبر خط الطاقة، مما يؤثر على الأجهزة الأخرى.
التفريغ الكهروستاتيكي (ESD): وفقًا لمعيار IEC 61000-4-2، قم بتطبيق تفريغ التلامس ± 8 كيلو فولت وتفريغ الهواء ± 15 كيلو فولت على غلاف المعدات والواجهة. إذا كانت لوحة اللمس أو واجهة شاشة LCD المنفصلة تفتقر إلى الحماية، فقد يتسبب ESD في حدوث تشوهات في العرض أو تلف الدائرة.
مناعة الاندفاع (SURGE): محاكاة ضربات البرق أو تأثيرات تبديل التيار العالي لاختبار قدرة الجهاز على تحمل الفولتية المفاجئة. في البيئات الصناعية، تحتاج شاشة LCD المكسورة إلى تحمل تأثير زيادة التيار بمقدار ± 2 كيلو فولت على الأقل.
2، تحليل مصادر تداخل EMC في شاشات الكريستال السائل ذات الكود المكسور
تنبع مشكلة EMC الخاصة بشاشات LCD المكسورة بشكل أساسي من الجوانب التالية:
توافقيات إشارة الساعة: تستخدم دائرة التشغيل لشاشة LCD ذات الكود المعطل عادةً ساعة عالية التردد (مثل 15 ميجا هرتز)، والتي تولد توافقيات متعددة (مثل 150 ميجا هرتز و300 ميجا هرتز) بعد توسيع سلسلة فورييه. إذا لم تتم تصفية إشارة الساعة أو حمايتها، فقد تشع التوافقيات في الفضاء من خلال أسلاك أو موصلات PCB، مما يتسبب في تجاوز RE للمعايير.
ضوضاء مصدر الطاقة: إذا كانت وحدة الطاقة الخاصة بشاشة LCD المنفصلة لا تستخدم مرشحًا من النوع π - أو محث الوضع الشائع، فقد يتم توصيل ضوضاء التردد العالي- لمصدر طاقة التحويل (مثل 100 كيلو هرتز إلى 1 ميجا هرتز) إلى شبكة الطاقة عبر خط الطاقة، مما يسبب مشكلات CE.
اقتران الواجهة: إذا كانت واجهة الإشارة الخاصة بشاشة LCD المنفصلة (مثل SPI وI2C) لا تستخدم عزلًا إلكترونيًا أو مغناطيسيًا، فقد يقترن التداخل الخارجي بدائرة التشغيل عبر خط الإشارة، مما يؤدي إلى عرض غير طبيعي.
عيوب تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة: إذا لم يتم توجيه خطوط الإشارة عالية السرعة (مثل خطوط الساعة) بشكل مختلف، أو إذا لم يتم عزل الأرض الرقمية والأرضية التناظرية بواسطة خرزات مغناطيسية، فقد يؤدي ذلك إلى حدوث تداخل في الحلقة الأرضية وتقليل مناعة ESD.
3، نظام تكنولوجيا الحماية EMC لشاشات الكريستال السائل مع رمز مكسور
استجابة لمصادر التداخل المذكورة أعلاه، يجب إنشاء نظام حماية لشاشات الكريستال السائل ذات الرموز المكسورة من ثلاثة جوانب: اختيار المواد، والتصميم الهيكلي، وتحسين الدائرة
1. تحسين المواد والهيكلية
طلاء موصل: قم برش طبقة موصلة من ITO على سطح شاشة العرض للتحكم في مقاومة السطح في نطاق 10 ⁶ -10 ⁹ Ω/sq، والتي يمكنها تفريغ الكهرباء الساكنة بسرعة وتحسين مناعة ESD إلى ± 8 كيلو فولت.
تصميم الغطاء الواقي: أضف أغطية واقية من رقائق النحاس في المناطق الرئيسية للوحة PCB، مثل الدوائر المتكاملة للسائق ودوائر الساعة، وقم بتوصيلها بالأرض من خلال فتحات لتقليل اقتران المجال القريب-. يعمل جهاز إرسال ضغط صناعي معين على تقليل كثافة الإشعاع عند نقطة التردد 300 ميجاهرتز بمقدار 15 ديسيبل من خلال هذا التصميم.
حماية الكابل: تستخدم خطوط الإشارة والطاقة أسلاكًا محمية مزدوجة ملتوية، مع انتهاء طبقة الحماية بزاوية 360 درجة إلى مبيت الموصل لتقليل إشعاع الوضع الشائع. لقد أدى محرك سيرفو صناعي معين إلى تقليل التداخل بمقدار 10 ديسيبل من خلال هذا التحسين.
2. تصميم الدائرة الأمثل
تصفية الطاقة: أضف مرشحًا من النوع π - إلى طرف إدخال الطاقة، بقيم محاثة تتراوح من 100 μH إلى 1mH وقيم السعة تتراوح من 0.1 μF إلى 10 μF، لقمع ضوضاء الوضع التفاضلي والشائع. يعمل جهاز استشعار صناعي معين على تقليل جهد الاضطراب عند طرف مصدر الطاقة إلى أقل من القيمة الحدية من خلال هذا التصميم.
تصفية الإشارة: قم بإضافة مرشح تمرير منخفض -RC إلى إدخال الإشارة التناظرية، مع ضبط تردد القطع على 1.5 ضعف عرض النطاق الترددي للإشارة، لتقليل ضوضاء التردد العالي-. يستخدم جهاز طبي معين هذه التقنية لتقليل إشعاع خط الإشارة بمقدار 8 ديسيبل.
معالجة إشارات الساعة: قم بتمديد وقت الحافة الصاعدة لإشارة الساعة وتقليل السعة التوافقية ذات التردد العالي؛ أو قم بتقليل تردد الساعة (مثلاً من 15 ميجا هرتز إلى 8 ميجا هرتز) وحرك نقاط التردد التوافقي خارج نطاق تردد الاختبار. تعمل لوحة واحدة معينة على تقليل قيمة الإشعاع 150 ميجا هرتز إلى 1/20 من خلال تصميم تقليل التردد.
3. التأريض وتحسين التخطيط
التأريض بنقطة واحدة: في الدوائر-المنخفضة التردد (<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.
تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعدد الطبقات: في ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذو أربع طبقات، يتم إعداد طبقات مستقلة وطبقات طاقة، ويتم تحقيق اتصالات الطبقات البينية من خلال طرق لتقليل الاقتران الكهرومغناطيسي. تعمل بعض معدات النقل بالسكك الحديدية على تقليل انبعاث الإشعاع بمقدار 12 ديسيبل من خلال هذا التخطيط.
عزل الوحدة الحساسة: قم بتقسيم تخطيط الدوائر التناظرية والدوائر الرقمية ودوائر الطاقة إلى مناطق، وتعيين شرائط العزل بين المناطق لتقليل التداخل المتقاطع للإشارة. لقد أدى عداد ذكي معين إلى تقليل معدل فشل ESD بنسبة 90% من خلال هذا التصميم.
4، ممارسة الصناعة وتحليل الحالة
الحالة 1: تصحيح الانبعاث الإشعاعي الزائد من أجهزة إرسال الضغط الصناعي
تجاوز جهاز إرسال الضغط الصناعي المعيار بمقدار 10 ديسيبل عند نقطة التردد 300 ميجا هرتز، وتم تصحيحه من خلال التدابير التالية:
أضف غطاء حماية على PCB لتغطية وحدات ADC وMCU، مما يزيد من كفاءة الحماية بمقدار 15 ديسيبل؛
قم بتغيير خطوط الطاقة والإشارة إلى أسلاك محمية مزدوجة ملتوية. بعد تأريض طبقة التدريع، تنخفض شدة الإشعاع بمقدار 8 ديسيبل؛
قم بتحسين أسلاك PCB، وتقصير طول خط الإشارة عالي التردد-، وتقليل إشعاع الوضع التفاضلي بمقدار 5 ديسيبل.
وأخيراً، اجتاز الجهاز اختبار الانبعاث الإشعاعي IEC 61000-4-3.
الحالة 2: تصحيح عدم كفاية مناعة ESD لأجهزة الاستشعار الصناعية
واجه مستشعر صناعي معين تشوهات وظيفية أثناء اختبار تفريغ التلامس ± 8 كيلو فولت. وتشمل التدابير التصحيحية ما يلي:
أضف وسادات مطاطية موصلة عند طبقات الغلاف لزيادة فعالية التدريع إلى 50 ديسيبل؛
أضف مصفوفة صمام ثنائي TVS عند طرف إدخال الإشارة بجهد مشبك أقل من أو يساوي 6V لحماية الدائرة النهائية بشكل فعال؛
قم بتحسين أسلاك PCB، وزيادة تغطية رقائق النحاس على مستوى الأرض، وتقليل اقتران الطاقة ESD.
وأخيرًا، اجتاز الجهاز اختبار IEC 61000-4-2 ESD.
