打印机电磁兼容EMC辐射RE超标整改案例

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打印机电磁兼容EMC辐射RE超标整改案例

3D列印,又称立体列印、增材制造、积层制造,可指任何列印三维物体的过程。3D列印主要是一个不断添加的过程,在电脑控制下层叠原材料。3D列印的内容可以来源于三维模型或其他电子资料,其列印出的三维物体可以拥有任何形状和几何特征。3D列印机属于工业机器人的一种。

3D打印机整改前的测试数据

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整改分析

1、从测试数据看到主要分两大部分的干扰:一是单个尖峰的窄带CLK时钟干扰,二个是相对较宽的步进马达的脉冲干扰,初步分析主要是这两个干扰源头。

2、从电路结构分析主要是MCU控制、显示屏显示、flash数据存取、步进马达的驱动主要骚扰源头。

3、从机械结构上分析主要是线缆连接比较多且比较长,这样也就产生了较多的等效辐射发射天线,给骚扰源的干扰信号提供了有效的干扰路径。

整改方案

1、在驱动马达的输出分别串联共模电感。

2、显示屏以及屏驱动相关CLK、IO、En、PWR等信号串联R、Bead、C进行滤波及阻隔处理。

3D打印机整改后的测试数据

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——本案例来源于深圳市阿赛姆科技有限公司(https://emc.asim-emc.com/)

  • EMC寄语

  • 随着时代的发展,越来越多的电子、电气设备或系统产品都需要进行检验检测,其中EMC测试是必备的检验检测指标之一。但EMC测试项目费用较贵,EMC实验室造价昂贵,绝大部分测量设备又需要采用进口设备,导致很少检验检测机构有能力建造EMC实验室。产品的EMC性能是设计阶段赋予的,一般电子产品设计时如果不考虑EMC因素,就会很容易导致EMC测试失败,以致不能通过相关EMC法规的测试或认证。例如,产品设计研发工程师们根据需求,设计出效果良好的滤波电路,置入产品I/O(输入/输出)接口的前级,可使因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处;设计出隔离电路(如变压器隔离和光电隔离等)解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰,同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰;设计出能量吸收回路,从而减少电路、器件吸收的噪声能量;通过选择元器件和合理安排的电路系统,使干扰的影响减少。
  • EMC技能:整改小技巧
  • 1、150kHz-1MHz,以差模为主,1MHz-5MHz,差模和共模共同起作用,5MHz以后基本上是共模。差模干扰的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干扰是共模,低频段是差摸干扰。用一个电阻串个电容后再并到Y电容的引脚上,用示波器测电阻两引脚的电压可以估测共模干扰。
  • 2、保险过后加差模电感或电阻。
  • 3、小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。
  • 4、前端的π型EMI零件中差模电感只负责低频EMI,体积别选太大(DR8太大,能用电阻型式或DR6更好)否则幅射不好过,必要时可串磁珠,因为高频会直接飞到前端不会跟着线走。5、传导冷机时在0.15MHz-1MHz超标,热机时就有7dB余量。主要原因是初级BULk电容DF值过大造成的,冷机时ESR比较大,热机时ESR比较小,开关电流在ESR上形成开关电压,它会压在一个电流LN线间流动,这就是差模干扰。解决办法是用ESR低的电解电容或者在两个电解电容之间加一个差模电感。
  • 6、测试150kHz总超标的解决方案:加大X电容看一下能不能下来,如果下来了说明是差模干扰。如果没有太大作用那么是共模干扰,或者把电源线在一个大磁环上绕几圈, 下来了说明是共模干扰。如果干扰曲线后面很好,就减小Y电容,看一下布板是否有问题,或者就在前面加磁环。
  • 7、可以加大PFC输入部分的单绕组电感的电感量。
  • 8、PWM线路中的元件将主频调到60kHz左右。
  • 9、用一块铜皮紧贴在变压器磁芯上。
  • 10、共模电感的两边感量不对称,有一边匝数少一匝也可引起传导150kHz-3MHz超标。11、一般传导的产生有两个主要的点:200kHz和20MHz左右,这几个点也体现了电路的性能;200kHz左右主要是漏感产生的尖刺;20MHz左右主要是电路开关的噪声。处理不好变压器会增加大量的辐射,加屏蔽都没用,辐射过不了。
  • 12、将输入BUCk电容改为低内阻的电容。
  • 13、对于无Y-CAP电源,绕制变压器时先绕初级,再绕辅助绕组并将辅助绕组密绕靠一边,后绕次级。
  • 14、将共模电感上并联一个几k到几十k电阻。
  • 15、将共模电感用铜箔屏蔽后接到大电容的地。
  • 16、在PCB设计时应将共模电感和变压器隔开一点以免互相干扰。
  • 17、保险套磁珠。
  • 18、三线输入的将两根进线接地的Y电容容量从2.2nF减小到471。
  • 19、对于有两级滤波的可将后级0.22uFX电容去掉(有时前后X电容会引起震荡)。
  • 20、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰,改良方法是将此电容用铜泊包起来屏蔽接到地,或者用一块小的PCB将此电容与变压器和PCB隔开。或者将此电容立起来, 也可以用一个小电容代替。
  • 21、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰,改良方法是将此电容用一个1uF/400V或者说0.1uF/400V电容代替, 将另外一个电容加大。
  • 22、将共模电感前加一个小的几百uH差模电感。
  • 23、将开关管和散热器用一段铜箔包绕起来,并且铜箔两端短接在一起,再用一根铜线连接到地。
  • 24、将共模电感用一块铜皮包起来再连接到地。
  • 25、将开关管用金属套起来连接到地。
  • 26、加大X2电容只能解决150kHz左右的频段,不能解决20MHz以上的频段,只有在电源输入加以一级镍锌铁氧体黑色磁环,电感量约50uH-1mH。
  • 27、在输入端加大X电容。
  • 28、加大输入端共模电感。
  • 29、将辅助绕组供电二极管反接到地。
  • 30、将辅助绕组供电滤波电容改用瘦长型电解电容或者加大容量。
  • 31、加大输入端滤波电容。
  • 32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz这两处传导都不过,可在共模电路前加一个差模电路。也可以看看接地是否有问题,该接地的地方一定要加强接牢,主板上的地线一定要理顺,不同的地线之间走线一定要顺畅不要互相交错的。
  • 33、在整流桥上并电容,当考虑共模成分时,应该邻角并电容,当考虑差模成分时,应该对角并电容。
  • 34、加大输入端差模电感。
  • 2、产品电磁兼容骚扰源有:
  • 1、设备开关电源的开关回路:骚扰源主频几十kHz到百余kHz,高次谐波可延伸到数十MHz。
  • 2、设备直流电源的整流回路:工频线性电源工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz;开关电源高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。
  • 3、电动设备直流电机的电刷噪声:噪声频率上限可延伸到数百MHz。
  • 4、电动设备交流电机的运行噪声:高次谐波可延伸到数十MHz。
  • 5、变频调速电路的骚扰发射:开关调速回路骚扰源频率从几十kHz到几十MHz。
  • 6、设备运行状态切换的开关噪声:由机械或电子开关动作产生的噪声频率上限可延伸到数百MHz。
  • 7、智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰:骚扰源主频几十kHz到几十MHz,高次谐波可延伸到数百MHz。
  • 8、微波设备的微波泄漏:骚扰源主频数GHz。
  • 9、电磁感应加热设备的电磁骚扰发射:骚扰源主频几十kHz,高次谐波可延伸到数十MHz。
  • 10电视电声接收设备的高频调谐回路的本振及其谐波:骚扰源主频数十MHz到数百MHz,高次谐波可延伸到数GHz。
  • 11、信息技术设备及各类自动控制设备的数字处理电路:骚扰源主频数十MHz到数百MHz(经内部倍频主频可达数GHz),高次谐波可延伸到十几GHz。

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