Lämmityslevy, jossa on digitaalinen PID-säädin tai IoT-liitäntä, sisältää mikroprosessorit ja hakkuriteholähteet, jotka voivat lähettää sähkömagneettisia häiriöitä. Sitä vastoin sen on oltava immuuni lähellä olevien koneiden aiheuttamille häiriöille. EMC-yhteensopivien lämmityslevysäätimien varmistaminen estää epäsäännöllisen toiminnan ja estää levyä häiritsemästä muita laitteita.
EMC:n kahden puolen ymmärtäminen
Lämmityslevyjen sähkömagneettinen yhteensopivuus täyttää kaksi erillistä vaatimusta. Ensimmäinen on päästöt – levyn sisäisen elektroniikan synnyttämän säteilevän tai johtuneen kohinan määrän rajoittaminen. Toinen on häiriönsieto – varmistaa, että levy toimii edelleen oikein, kun se altistuu samassa laitoksessa olevien moottoreiden, taajuusmuuttajien tai langattomien lähettimien ulkoisille sähkömagneettisille kentille.
Ilman asianmukaista EMC-suunnittelua lämmityslevy voi aiheuttaa lähellä olevien instrumenttien toimintahäiriöitä tai päinvastoin se voi kärsiä vääristä lämpötilalukemista, ohjaussilmukan epävakaudesta tai jopa täydellisestä sammutuksesta, kun trukin radio tai hitsauskone toimii lähellä.
Keskeiset menetelmät EMC-yhteensopivuuden saavuttamiseksi
Elektronisilla ohjauksilla varustetuissa lämmityslevyissä käytetään kolmea ensisijaista tekniikkaa: suodatus, suojaus ja optimoitu painetun piirilevyn (PCB) asettelu. Jokainen osoittaa eri häiriöpolun.
EMI-suodatus
Johtuvat päästöt kulkevat virtakaapeleita pitkin. Tehonsyöttölinjoihin sijoitetut ferriittihelmet ja kondensaattorit vaimentavat virtalähteiden ja digitaalisten prosessorien aiheuttamaa suurtaajuista{1}}kohinaa. Tyypillinen tulosuodatin koostuu tavallisista -moodikuristimista yhdistettynä X- ja Y-kondensaattoreihin. Nämä komponentit estävät melua poistumasta laitteesta verkkojohdon kautta ja samalla estävät ulkoisten jännitteiden pääsyn ohjauspiiriin.
Suojaus
Säteilypäästöt – ilmassa kulkeva melu – hillitään metallikoteloilla tai johtavilla pinnoitteilla. Lämmityslevyn kotelo, jos se on valmistettu metallista, toimii Faradayn häkkinä, kun se on kunnolla maadoitettu. Muovikoteloissa sähköä johtava spraypinnoite tai kalvovuoraus sisäpinnalla palvelee samaa tarkoitusta. Suojaus on erityisen tehokasta yli 30 MHz:n taajuuksilla, joissa PC-levyjäljet ja liitäntäkaapelit toimivat tahattomina antenneina.
PCB-asettelu
Oikea piirilevyasettelu on kustannustehokkain -EMC-toimi. Nopeat -kellolinjat ja kytkentäsolmujäljet pidetään lyhyinä ja reititetään pois herkistä analogisista tuloista (kuten termopari- tai RTD-signaalipoluista). Jatkuva maataso pienentää silmukan pinta-alaa ja tarjoaa matalan-impedanssin paluupolun korkeataajuisille{5}}virroille. Kriittisiä jälkiä sijoitetaan usein sisäkerroksiin maa- ja tehotasojen väliin sähkömagneettisten kenttien sisältämiseksi.
Digitaalisilla ohjauksilla varustetuissa malleissa kohinaisten digitaalisten osien huolellinen erottaminen hiljaisista analogisista osista estää sisäisen kytkennän, joka muuten vaatisi lisäsuodatusta.
Asiaankuuluvat EMC-standardit
Elektronisella ohjauksella varustettujen lämmityslevyjen on täytettävä alueelliset määräykset. Yhdysvalloissa FCC:n osa 15 rajoittaa digitaalisten laitteiden säteileviä ja johtuvia päästöjä. Euroopan unionissa sovelletaan EN 55011 (teollisuuden, tieteen ja lääketieteellisten laitteiden) tai EN 55014 (kodinkoneiden) standardia. Immuniteettitestausta säätelevät tyypillisesti IEC 61000-4 -sarjan standardit, jotka sisältävät sähköstaattisen purkauksen (ESD), säteilevän RF-kentän ja sähköisen nopean transientin (EFT) testit.
Vaatimustenmukaisuustestauksessa käytetään erikoislaboratorioita, joissa kalibroituja antenneja, linjaimpedanssin stabilointiverkkoja (LISN) ja signaaligeneraattoreita käytetään sekä päästöjen että häiriönsietotason tarkistamiseen.
Design for EMC – käytännön vinkkejä insinööreille
Kun suunnittelet tai määrität lämmityslevyä elektronisilla ohjauksilla, seuraavat toimenpiteet parantavat merkittävästi EMC-suorituskykyä:
Lisää snubber-piirejä (vastus-kondensaattoriverkot) puolijohdereleen (SSR) ulostuloihin. Vaihtovirtaa kytkevät SSR:t synnyttävät jyrkkiä jännitereunoja, jotka tuottavat johtunutta EMI:tä, jos niitä ei ole kytketty kunnolla.
Aseta ferriittihelmet kaikkiin yli 30 cm pitkiin I/O-linjoihin, mukaan lukien lämpötila-anturin johdot ja tietoliikennekaapelit.
Käytä kierrettyä{0}}parijohtoa termopari- ja RTD-liitäntöihin indusoituneiden magneettisten häiriöiden poistamiseksi.
Järjestä koteloon erillinen maadoitusliitin, jossa on matala{0}}induktanssiliitäntä piirilevyn maatasosta koteloon.
Vältä jaettuja maatasoja, ellei käytetä selkeää eristysestettä (esim. optoerotin); yksi kiinteä maataso on suositeltava useimpiin sekasignaaleihin-.
Sijoita vaihtovirtasisääntulo mahdollisimman lähelle tulosuodatinta ja pidä suodattimen lähtöjohdot erillään suodattamattomista kaapeleista.
Erityishuomiota: Kiinteä{0}}johdereleet
Lämmityslevyt käyttävät usein SSR:itä säätämään vaihtovirtaa lämmityselementtiin. Joka kerta kun SSR kytkeytyy nolla-risteykseen (tai vaiheen-kulmasäädössä mielivaltaisissa AC-aaltomuodon kohdissa), tapahtuu nopean nousun-aikajännitetransientti. Ilman vaimennusta nämä transientit voivat säteillä ja johtaa kohinaa laajalla taajuusalueella. Oikein suunniteltu snubber-verkko SSR-lähtöliittimien yli hidastaa jännitteen siirtymistä ja vaimentaa soittoääniä vähentäen dramaattisesti EMI:tä.
Vaatimustenmukaisuuden testausmenettely
EMC-tarkistus noudattaa määriteltyä järjestystä. Ensin säteilypäästöt mitataan puoli{1}}kaiuttomassa kammiossa, jossa lämmityslevy toimii suurimmalla teholla. Toiseksi johtuneet päästöt mitataan tehonsyöttölinjalla. Kolmanneksi häiriönsietotesteissä käytetään ulkoisia häiriöitä – kuten 3 V/m tai 10 V/m säteileviä kenttiä, ESD-purkauksia ja purskeita virta- tai signaalikaapeleissa – samalla kun levyn lämpötilasäädön vakautta valvotaan. Näiden testien läpäiseminen antaa lämmityslevylle CE-merkinnän tai FCC-sertifioinnin.
Johtopäätös
EMC-yhteensopivuus varmistaa, että lämmityslevy toimii luotettavasti sähköisesti meluisassa teollisuusympäristössä aiheuttamatta häiriöitä lähellä oleville laitteille. EMI-suodatuksen, metallisen tai päällystetyn suojauksen ja kurinalaisen piirilevyasettelun yhdistelmä käsittelee sekä johtuvia että säteileviä kohinareittejä. Lisätoimenpiteet, kuten puolijohdereleiden -sulkimet ja huolellinen maadoitus, parantavat suorituskykyä entisestään. Nykyaikaiset elektroniset ohjaimet – nopeine mikroprosessoreineen, langattomasti liitettäviksi ja tarkaksi säätelyineen – edellyttävät tarkoituksellista EMC-suunnittelua jo kaaviomaisessa vaiheessa. Kun näitä periaatteita sovelletaan oikein, lämmityslevystä tulee hiljainen naapuri tehtaan lattialla ja luotettava työkalu tarkkuuslämpökäsittelyssä.
