一, 산업용 EMC 테스트 표준 및 핵심 요구 사항
산업용 장비의 EMC 테스트는 국제전기기술위원회(IEC), 유럽 표준(EN) 및 중국 국가 표준(GB)의 3가지{0}}레벨 시스템을 준수해야 합니다. 핵심 테스트 항목은 다음과 같습니다.
복사 방출(RE): 테스트 주파수는 30MHz ~ 1GHz이며 장비는 무향실의 안테나를 통해 40dB μ V/m(10m 거리) 이하의 전자기장 강도를 수신해야 합니다. 깨진 코드 LCD의 클록 신호와 고조파는 주요 방사원이며 설계가 최적화되지 않으면 표준을 초과하기 쉽습니다.
전도 간섭(CE): 테스트 주파수는 150kHz~30MHz이며, 전력선의 간섭 전압은 라인 임피던스 안정화 네트워크(LISN)를 통해 측정됩니다. 분리된 LCD의 전원 모듈이 필터링 설계를 채택하지 않으면 고주파-주파수 노이즈가 전력선을 통해 전력망으로 전달되어 다른 장치에 영향을 미칠 수 있습니다.
정전기 방전(ESD): IEC 61000-4-2 표준에 따라 장비 케이스 및 인터페이스에 ±8kV 접촉 방전 및 ±15kV 공중 방전을 적용합니다. 분리된 LCD의 터치 패널이나 인터페이스에 보호가 부족한 경우 ESD로 인해 디스플레이 이상이 발생하거나 회로가 손상될 수 있습니다.
서지 내성(SURGE): 낙뢰 또는 고전류 스위칭 충격을 시뮬레이션하여 서지 전압을 견딜 수 있는 장비의 능력을 테스트합니다. 산업 환경에서 깨진 코드 LCD는 최소 ± 2kV의 서지 충격을 견뎌야 합니다.
2, 깨진 코드가 있는 LCD의 EMC 간섭원 분석
깨진 코드 LCD의 EMC 문제는 주로 다음과 같은 측면에서 비롯됩니다.
클록 신호 고조파: 깨진 코드 LCD의 구동 회로는 일반적으로 푸리에 계열 확장 후 다중 고조파(예: 150MHz 및 300MHz)를 생성하는 고주파{0}}주파수 클록(예: 15MHz)을 사용합니다. 클록 신호가 필터링되거나 차폐되지 않으면 고조파가 PCB 배선이나 커넥터를 통해 공간으로 방출되어 RE가 표준을 초과할 수 있습니다.
전원 노이즈: 분리된 LCD의 전원 모듈이 π- 유형 필터 또는 공통 모드 인덕터를 사용하지 않는 경우 스위칭 전원 공급 장치의 고주파-주파수 노이즈(예: 100kHz~1MHz)가 전력선을 통해 전력망으로 전도되어 CE 문제를 일으킬 수 있습니다.
인터페이스 결합: 분리된 LCD(예: SPI, I2C)의 신호 인터페이스가 광전자 또는 자기 절연을 사용하지 않는 경우 외부 간섭이 신호 라인을 통해 드라이버 회로에 결합되어 비정상적인 디스플레이가 발생할 수 있습니다.
PCB 레이아웃 결함: 고속-신호 라인(예: 클록 라인)이 차동적으로 라우팅되지 않거나 디지털 접지와 아날로그 접지가 자기 비드에 의해 절연되지 않으면 접지 루프 간섭이 형성되고 ESD 내성이 감소할 수 있습니다.
3, 깨진 코드가 있는 LCD에 대한 EMC 보호 기술 시스템
앞서 언급한 간섭원에 대응하여 깨진 코드가 있는 LCD에 대한 보호 시스템은 재료 선택, 구조 설계, 회로 최적화의 세 가지 측면에서 구성되어야 합니다.
1. 재료 및 구조 최적화
전도성 코팅: 디스플레이 화면 표면에 ITO 전도성 층을 분사하여 표면 저항을 10 ⁶ -10 ⁹ Ω/sq 범위 내로 제어합니다. 이를 통해 정전기를 빠르게 방전하고 ESD 내성을 ±8kV로 향상시킬 수 있습니다.
차폐 커버 설계: 드라이버 IC, 클록 회로 등 PCB의 주요 영역에 구리 호일 차폐 커버를 추가하고 이를 비아를 통해 접지에 연결하여 근거리-결합을 줄입니다. 특정 산업용 압력 트랜스미터는 이 설계를 통해 300MHz 주파수 지점의 방사 강도를 15dB 감소시킵니다.
케이블 차폐: 신호 및 전력선은 연선 차폐 전선을 사용하며 차폐층은 커넥터 하우징에 대해 360도 종단되어 공통 모드 방사를 줄입니다. 특정 산업용 서보 드라이브는 이러한 개선을 통해 전도성 간섭을 10dB 감소시켰습니다.
2. 회로 최적화 설계
전력 필터링: 100μH~1mH 범위의 인덕턴스 값과 0.1μF~10μF 범위의 커패시턴스 값을 갖는 π- 유형 필터를 전원 입력 단자에 추가하여 차동 및 공통 모드 노이즈를 억제합니다. 특정 산업용 센서는 이러한 설계를 통해 전원 공급 장치 끝의 방해 전압을 한계값 이하로 줄입니다.
신호 필터링: 고주파수 잡음을 줄이기 위해 차단 주파수를 신호 대역폭의 1.5배로 설정하여 아날로그 신호 입력에 RC 저{0}통과 필터를 추가합니다. 특정 의료기기에서는 이 기술을 사용하여 신호선 방사를 8dB만큼 줄입니다.
클록 신호 처리: 클록 신호의 상승 에지 시간을 연장하고 고주파수 고조파 진폭을 줄입니다.- 또는 클록 주파수를 줄이고(예: 15MHz에서 8MHz로) 고조파 주파수 지점을 테스트 주파수 대역 밖으로 이동합니다. 특정 단일 패널은 주파수 감소 설계를 통해 150MHz 방사 값을 1/20로 줄입니다.
3. 접지 및 레이아웃 최적화
단일 지점 접지: 저주파-주파수 회로(<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.
다층 PCB 설계: 4층 PCB에서는 독립된 층과 전력 층이 설정되고 층간 연결은 비아를 통해 이루어지며 전자기 결합을 줄입니다. 특정 철도 운송 장비는 이 레이아웃을 통해 방사선 방출을 12dB만큼 줄입니다.
민감한 모듈 격리: 아날로그 회로, 디지털 회로 및 전원 회로의 레이아웃을 구역으로 나누고 구역 간에 격리 스트립을 설정하여 신호 교차 간섭을 줄입니다. 어떤 스마트 미터는 이 설계를 통해 ESD 불량률을 90%까지 줄였습니다.
4. 업계 실무 및 사례 분석
사례 1: 산업용 압력 트랜스미터의 과도한 방사선 방출 교정
특정 산업용 압력 트랜스미터는 300MHz 주파수 지점에서 표준을 10dB 초과했으며 다음 조치를 통해 수정되었습니다.
ADC 및 MCU 모듈을 덮기 위해 PCB에 차폐 커버를 추가하여 차폐 효율을 15dB 높입니다.
전원선과 신호선을 트위스트 페어 쉴드선으로 변경합니다. 차폐층을 접지한 후 방사 강도는 8dB 감소합니다.
PCB 배선을 최적화하고, 고주파 신호 라인 길이를 단축하고,{0}}차동 모드 방사를 5dB 줄입니다.
마지막으로 이 장치는 IEC 61000-4-3 방사선 방출 테스트를 통과했습니다.
사례 2: 산업용 센서의 불충분한 ESD 내성 교정
특정 산업용 센서에서 ±8kV 접촉 방전 테스트 중에 기능 이상이 발생했습니다. 시정 조치에는 다음이 포함됩니다.
쉘 솔기에 전도성 고무 패드를 추가하여 차폐 효과를 50dB까지 높입니다.
다운스트림 회로를 효과적으로 보호하기 위해 6V 이하의 클램프 전압으로 신호 입력 단자에 TVS 다이오드 어레이를 추가합니다.
PCB 배선을 최적화하고 접지 수준 구리 포일 적용 범위를 늘리며 ESD 에너지 결합을 줄입니다.
마지막으로 이 장치는 IEC 61000-4-2 ESD 테스트를 통과했습니다.
