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称重仪表电磁兼容性能的改进

来源:网络转载更新时间:2020-10-28 13:49:44点击次数:1631次

随着电子设备的发射功率越来越大,其系统的灵敏度越来越高,接收微弱信号能力也就随之增强,同时电子产品频带也越来越宽,相互影响也不断加大,从而不可避免的使得电子产品的电磁兼容性问题越来越突出。
1实际中遇到的问题
在对某称重仪表的电磁兼容性能实验中发现了如下问题:
1)在进行射频电磁场抗扰度试验时,仪表位于测试状态,满量程内码值为21000„放置一固定重物,重量内码值为640。将仪器放入电磁辐射实验箱,施以射频电磁场,场强为3V/m,频率从。增至1GHz,增频过程中,记录数据如表1。可以看出:在190〜330MHz时,其内码跳动范围超出了冇关标准中关于抗电磁辐射全量程不超过一个检定分度值的要求。
2)在快速瞬变脉冲群抗扰度试验中,试验脉冲峰值幅度1kV,脉冲串的重复周期为300ms,对该产品进行中线和地线的正负脉冲检测时,发现显示屏出现忽明忽暗的闪烁现象。

称重仪表电磁兼容性能实验中发现的问题表

2改进措施
对于产品出现电磁兼容性的问题,考虑主要的解决方案有屏蔽、滤波和接地,这七者以外的方案都同它们有着必然的联系.
2.1PCB板的电磁兼容性能改造
印制电路板是电子产品中电路元件和器件的支撑件。PCB设计的好坏吋抗干扰能力影响很大.因此,在进行PCB设计时,除r要遵守PCB设计的一般原则,而且还应符合抗干扰设计的要求。
1)将模拟电路与数字电路分开
对于较易受到干扰的模拟电路部分,将其与数字电路分开,模拟部分尽量缩短元器件之间的引线,以减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。引线均釆用圆弧倒角,避免信号在传输中的衰减。
2)加宽电源线和地线的走线宽度
整块印刷板上的电源与地采用“井”字形分布,以便使线电流分布达到均衡;同时为模拟电路专门提供一根零伏线,目的是为减少线间串扰,安插一些零伏线作为线间隔离;印刷电路的插头处也多安排了一些零伏线作为线间隔离;特别注意电流流通中的导线环路尺寸;在控制线(于印刷板上)的入口处加接RC去耦,以便消除传输中可能出现的干扰因素。
将地线的宽度加至3mm左右。
3)配置退耦电容
每个集成电路芯片都布置一个0.01的瓷片电容,电源输入端跨接100/lcF的电解电容。
CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此对不用端进行接地或接正电源的处理。
电容的引线尽量缩短,以免产生寄生电势。
2.2屏蔽
屏蔽的理论依据是麦克斯韦电磁场理论。然而,在实际中由于硬件非常复杂,造成几乎不能直接应用这些方程式,而更多的要通过实验来进行验证。
1)对电缆的屏蔽处理
电缆的结构决定了它是电磁兼容性问题中非常重要的一个环节。电缆是高效的电磁波接收天线和辐射天线,电缆产生的辐射尤其严重。电缆之所以会辐射电磁波,是因为电缆端口处有共模电压存在,电缆在这个共模电压的驱动下,如同一根单极天线。
在实际中,我们釆用了专用的屏蔽电缆替换了原来的普通电缆,并且将模拟电路里所用到的电缆绕上高磁导的磁环。
屏蔽电缆的作用是是防止静电耦合干扰,磁环的作用是防止低频磁通干扰。
2)对模拟电路的屏蔽处理
由于模拟电路极易受到干扰,所以要对模拟电路进行专门的处理。在PCB板设计时,除了将模拟电路与数字电路分开外,还需在PCB板未用区域大面积敷铜,吸收一定的电磁干扰;将模拟电路板整体安装在一个全封闭的金属屏蔽盒内以防止静电干扰。
3)对机壳的屏蔽处理
对机壳的内表面进行喷漆处理,所用的漆为金属化的导电漆,其目的是为了静电耦合和避免高频电磁场干扰。
2.3滤波
滤波的作用是切断电磁干扰沿信号线或电源线的传播途径,与屏蔽共同构成完善的电磁干扰防护,用于抑制干扰源、消除耦合等。
根据电磁干扰信号主要出现在200—300MHz附近的特点,特在模拟信号的电压放大前端采用低通滤波。
根据f=f=1/(2πRC)取截止频率为3Hz,
根据电路的元件参数可推算出所需的电容值。
电源部分也加入交流电源滤波器,并将模拟部分的滤波电容换成质量较好的担电容。
2.4接地
理论上,地线是作为电路电位基准点的等电位体,实际地线上的电位并不是恒定的。地线上各点的电位可能相差很大,正是这些电位差才造成了电路工作的异常。
出于电磁兼容方面的考虑,主要是以下几个方面:
1)屏蔽接地:为了防止电路之间由于寄生电容存在产生相互干扰、电路辐射电场或对外界电场敏感,应进行必要的隔离和屏蔽,这些隔离和屏蔽的金属必须接地。将传感器的外壳、PCB板的地线以及喷金属漆的机壳都用导线连接起来。
2)滤波器接地:产品中的滤波器中都包含信号线或电源线到地的旁路电容,当滤波器不接地时,电容就处于悬浮状态,起不到旁路的作用。因此,对其中的滤波器都进行接地处理。
3)噪声和干扰抑制:对内部噪声和外部干扰的控制需要设备或系统上的许多点与地相连,从而为干扰信号提供“最低阻抗”通道。
在实际中,通过适当接地方式避免公共阻抗的接地方法是采用并联单点接地,如图1所示。这样,可消除电路间接地的相互影响。

单点接地图

3实际效果
重复做射频电磁场抗扰度试验,实验条件同前所述,起始内码值仍为640,具体试验数据如表2。

称重仪表实际效果数据表

可以看出,在全量程范围内,都满足有关标准不超过一个检定分度值的要求;而且在中线、地线的正负脉冲检测中,未再出现闪烁等不正常的现象。
4结束语
保证设备的电磁兼容性是一项复杂的技术任务,对于这个问题不存在万能的解决方法。电磁兼容技术涉及面很广,需要评定电磁兼容性能的工程技术领域也正在发展,重要的是掌握有关电磁兼容性的基本原理,认真分析和试验,就能选择合适的解决问题方法。

 

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