一, Les trois éléments et le chemin de propagation des interférences électromagnétiques
La formation d'interférences électromagnétiques (EMI) nécessite trois éléments simultanément : la source d'interférence, le chemin de couplage et l'équipement sensible. Dans les environnements industriels, les sources typiques d’interférences comprennent :
Onduleur : le courant harmonique (2-50 kHz) généré par sa modulation PWM est conduit à travers la ligne électrique, tandis que le câble de sortie forme une antenne pour rayonner des ondes électromagnétiques haute fréquence (100 kHz-30 MHz).
Système moteur : rayonnement d'étincelles électriques généré par la commutation des balais (1-100 MHz), ainsi que les fluctuations du champ magnétique causées par les changements du courant d'enroulement (50 Hz et ses harmoniques).
Machine à souder : l'impulsion électromagnétique de haute-intensité (0,1 à 10 MHz) générée pendant le processus de soudage à l'arc peut rayonner jusqu'à plusieurs dizaines de mètres.
Appareils de communication sans fil : les bandes de fréquences Wi-Fi/Bluetooth (2,4 GHz/5 GHz) se chevauchent avec les bandes de fréquences sensibles des circuits de commande LCD.
Les interférences envahissent le système LCD par les chemins suivants :
Couplage conducteur : en utilisant les lignes d'alimentation et de signal comme supports, les interférences sont directement injectées dans le circuit.
Couplage de rayonnement : les ondes électromagnétiques spatiales induisent une tension parasite sur le câblage ou les connecteurs des PCB via des effets d'antenne.
Couplage d'impédance commune : il existe une impédance commune dans le circuit de mise à la terre, ce qui provoque la circulation d'un courant parasite entre les appareils.
2, construction d'un système technologique de protection
1. Conception du blindage : bloque la propagation des ondes électromagnétiques
Blindage de coque métallique : utilisation d'une coque en alliage d'aluminium ou en tôle d'acier galvanisée, d'une épaisseur supérieure ou égale à 1,5 mm pour obtenir une atténuation efficace. Par exemple, un fabricant d'instruments chimiques a atteint une efficacité de blindage supérieure à 40 dB dans la bande de fréquences 30 MHz-1 GHz en optimisant la structure de la coque. Les points clés de la conception comprennent :
Continuité du corps de blindage : la largeur de l'espace entre la coque doit être contrôlée à moins de 0,1 mm et des coussinets conducteurs ou des plaques à ressort doivent être utilisés pour la connexion électrique.
Contrôle de l'ouverture : les trous de dissipation thermique adoptent une conception en nid d'abeille, avec une ouverture inférieure ou égale à λ/20 (où λ est la longueur d'onde de fréquence d'interférence la plus élevée).
Traitement de la fenêtre d'affichage : utilisez du verre conducteur ITO (résistance de surface inférieure ou égale à 10 Ω/□) ou un blindage en treillis métallique, avec une transmission lumineuse supérieure ou égale à 85 %.
Isolation du blindage interne : mettre en œuvre un blindage local pour les modules de circuits sensibles :
Puce de contrôle principale : utilisant un couvercle de blindage en feuille de cuivre, résistance de mise à la terre inférieure ou égale à 10 m Ω.
Module d'alimentation : installez des anneaux magnétiques autour du convertisseur DC-DC pour supprimer le bruit des interrupteurs.
Interface de signal : utilisez des connecteurs blindés (tels que le type D-sub) et soudez la couche de blindage à 360 degrés au plan de masse du PCB.
2. Technologie de filtrage : suppression des interférences conduites
Filtrage de l'extrémité d'alimentation : installez un filtre EMI à l'extrémité d'entrée d'alimentation de l'écran LCD, avec des exigences de paramètres typiques :
Perte d'insertion : supérieure ou égale à 40 dB dans la bande de fréquence 150 kHz-30 MHz
Courant nominal : à sélectionner en fonction des exigences de charge, en laissant une marge de 20 %
Courant de fuite : inférieur ou égal à 1 mA (conformément à la norme de sécurité CEI 60950)
Une étude de cas d'un instrument automobile montre qu'après l'utilisation d'un filtre LC à deux -étages, les interférences conduites sur la ligne électrique ont diminué de 45 dB μ V à 20 dB μ V.
Filtrage de ligne de signal : pour les lignes de signal vidéo telles que RVB/LVDS, une combinaison de bobine d'arrêt en mode commun (CMCC) et de condensateur en mode différentiel est utilisée pour le filtrage :
Inductance CMCC : 100-1000 μ H (sélectionnée en fonction de la fréquence du signal)
Capacité différentielle : 0,1-1 μ F (condensateur de sécurité de type X2)
3. Optimisation du système de mise à la terre
Stratégie de mise à la terre à point unique : dans les circuits basse-fréquence (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 MHz), la conception de la carte PCB multi-couche est adoptée pour établir un plan de masse complet :
Segmentation du plan de masse : la masse numérique et la masse analogique sont connectées en un seul point via une résistance de 0 Ω ou des billes magnétiques.
Via de mise à la terre : Au moins un via de mise à la terre d'un diamètre supérieur ou égal à 0,5 mm doit être disposé par pouce carré de PCB.
Contrôle de la résistance de mise à la terre : assurez-vous que la résistance de mise à la terre est inférieure ou égale à 4 Ω en prenant les mesures suivantes :
Augmenter le nombre d'électrodes de mise à la terre (au moins 3)
Utiliser un réducteur de résistance (résistivité inférieure ou égale à 5 Ω · m)
Vérifiez régulièrement la résistance de terre (recommandé une fois par trimestre)
4. Conception anti--interférences des PCB
Optimisation de la mise en page :
Routage du signal clé : la longueur des lignes d'horloge et de signal vidéo doit être contrôlée dans les limites de λ/20 (où λ est la longueur d'onde du signal).
Plan d'alimentation/sol : adoptant une structure de carte à 4 couches (signal de puissance au sol), le plan d'alimentation est étroitement couplé au plan de sol.
Disposition de l'appareil : Les circuits analogiques et les circuits numériques sont disposés dans des zones séparées avec un espacement supérieur ou égal à 5 mm.
Spécifications de câblage :
Routage différentiel : maintenez une longueur égale (erreur inférieure ou égale à 50 mil), avec un espacement de deux fois la largeur de la ligne.
Routage serpentin : utilisé pour la correspondance du retard du signal d'horloge, avec une amplitude supérieure ou égale à 3 fois la largeur de ligne et un espacement supérieur ou égal à 5 fois la largeur de ligne.
Disposition du condensateur de filtre : un condensateur en céramique de 0,1 μF est situé près de la broche d'alimentation de la puce (inférieur ou égal à 3 mm), et un condensateur au tantale de 10 μF est disposé à l'entrée d'alimentation.
3, Analyse de cas d'application typique
Cas 1 : Conception anti-interférence des instruments pétrochimiques
L'écran LCD d'un certain système de surveillance des champs pétrolifères affichait un affichage anormal pendant les opérations de soudage. Après analyse, il a été constaté que :
Source d'interférence : impulsion électromagnétique de 1 à 10 MHz générée par la machine à souder
Chemin de propagation : rayonnement spatial couplé à la ligne de signal vidéo LCD
Solution:
Ajoutez un anneau magnétique en ferrite (μ r=1000) sur la couche externe de la ligne de signal
Interface vidéo commutée sur interface numérique DVI-D (avec une forte capacité anti-interférence pour la transmission différentielle)
Coller du caoutchouc conducteur (résistivité volumique inférieure ou égale à 0,01 Ω·cm) au niveau de l'interstice de la coque
Après la mise en œuvre, le système peut toujours afficher de manière stable pendant les opérations de soudage et le taux d'erreur a diminué de 10 ⁻³ à 10 ⁻⁶.
Cas 2 : Optimisation de l’écran tactile pour les équipements de fabrication intelligents
L'écran tactile d'une certaine machine-outil CNC a été accidentellement touché lors du démarrage du moteur, et le résultat du diagnostic est :
Source d'interférence : Fluctuations du champ magnétique causées par des changements brusques du courant du servomoteur (50 Hz et ses harmoniques)
Chemin de propagation : former des interférences en mode commun à travers la structure métallique de l'armoire
Solution:
Ajoutez un filtre de type π - à l'alimentation de la puce tactile (L=100 μ H, C=0.1 μ F)
L'armoire est fabriquée en acier inoxydable non magnétique (μ r ≈ 1)
Ajouter des plots isolants entre la vitre tactile et le coffret (tension de claquage supérieure ou égale à 10kV)
Après la rénovation, la sensibilité tactile a été multipliée par trois et le taux de faux contacts a été réduit de 15 % à 0,5 %.
