Проблема применения ИС в реальной промышленной среде
Микросхемы, идеально работающие на лабораторном стенде, часто оказываются неработоспособными в условиях реального производства. Причина — чувствительность ИС к электромагнитным помехам: EMI (Electromagnetic Interference) и EMP (Electromagnetic Pulse). Под EMP в промышленности понимается не импульс, а резкие скачки напряжения и токов, возникающие при работе контактных устройств и передающиеся как по воздуху (излучаемые помехи), так и по проводам (наведённые помехи).
Главный источник помех — контакторы и реле
Основные возмущения происходят из-за дрожания контактов, особенно при управлении катушками реле и пускателей. В момент замыкания или размыкания возникает дуга и широкий спектр ВЧ-шумов. Измеренные пиковые уровни — до 200 Вт. Кроме того, каждая линия проводки обладает собственной резонансной частотой. При попадании импульса в такую линию возникает стоячая волна и колебательный процесс, что приводит к наводкам на платах и выходу из строя чувствительных компонентов.
Борьба с шумом должна начинаться у источника
Устанавливать RC-снабберы (например, Quencharc) нужно на управляющие контакты, а не на саму катушку. Установка прямо на катушку менее эффективна из-за наличия индуктивности в проводке между контактами и катушкой. Снаббер работает так:
- Резистор (47–150 Ом) гасит ВЧ-колебания и даёт нагрузку на резонансную цепь
- Конденсатор (0,1–0,47 мкФ) временно берёт на себя ток катушки, позволяя контактам открыться до достижения напряжения пробоя, которое "гасит" дугу
Принцип аналогичен автомобильной системе зажигания с прерывателем и конденсатором. При необходимости можно собрать снаббер самостоятельно: взять резистор 2 Вт углеродистый (или керамический типа Ohmite OX/OY) и AC-конденсатор на полипропиленовой плёнке. Важно: обычные металлооксидные или плёночные резисторы не годятся — они не выдерживают импульсных нагрузок и обладают индуктивностью.
Почему катушки контакторов особенно опасны
- Высокий пусковой ток при включении из-за низкой индуктивности при открытом магнитопроводе
- Резкое увеличение индуктивности после замыкания магнитной цепи — ток падает, но возникают резкие переходные процессы
- Многократный отскок контактов при замыкании — каждый отскок вызывает дугу и всплеск ВЧ-энергии
Экранирование помогает, но не от всего
Многие промышленные схемы помещают в металлические корпуса. Это защищает от излучаемых помех, но не спасает от наведённых по проводам. Особенно уязвимы интерфейсы и чувствительные входы микроконтроллеров.
Экранированные кабели: заземлять правильно
Использование экранированных проводов эффективно только при заземлении экрана с одной стороны — у чувствительной электроники. Если экран заземлён с двух сторон, возникает контур земли (ground loop) — он может привести к дополнительным помехам и нестабильной работе.
Ферритовые фильтры (split ferrites)
Для подавления стоячих волн и высокочастотных шумов на кабельные экраны и проводку устанавливают ферритовые кольца. Лучшее место установки — ближе к чувствительной электронике. Ферриты бывают разных форм: сплошные кольца, разъёмные (на защёлке), прямоугольные для плоских шлейфов. Используется мягкий феррит — он не только увеличивает индуктивность, но и сам поглощает ВЧ-энергию, снижая амплитуду помех.
Вывод
Промышленная среда насыщена электромагнитными помехами, которые невозможно игнорировать при проектировании. Основной подход — устранять помехи в источнике, применять снабберы, избегать заземления экранов с двух сторон и использовать ферриты. Даже простые меры, применённые грамотно, могут резко повысить надёжность и помехоустойчивость ваших схем в реальных условиях.
Обеспечьте себе и своим близким комфорт и безопасность, посетите наш интернет-магазин измерительного оборудования pribor-x.ru! Наши специалисты всегда готовы помочь вам с выбором и ответить на все ваши вопросы.
Свяжитесь с нами по почте sales@pribor-x.ru или по телефону 8-800-777-24-67.
