机器人的EMC问题如何应对?

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近年来,随着机器人的迅速发展,产品的安全、品质和性能问题也越来越受到重视,其中电磁兼容(EMC)测试成为机器人产品认证的重要环节。如何在设计初期发现并解决产品的EMC缺陷,成为了许多电子开发设计人员面临的一大挑战。

产品的EMC设计主要涉及两个方面:电磁干扰(EMI)和抗干扰(EMS)。对于抗干扰(EMS),我们需要通过分析产品EMC的设计来识别潜在风险。例如,在产品设计中,不同大小的高频共模电压和共模电流从特定端口注入时,会因不同的设计方案导致PCB上的共模电流变化。我们可以通过测量PCB上的共模电流来评估产品的抗扰度。

对于电磁干扰(EMI),产品内部信号的传递可能会无意间导致噪声和有用信号以共模电流的形式传导到天线部分,从而形成辐射发射。在传导骚扰测试中,这种共模电流会通过LISN(线路阻抗稳定网络)引起传导骚扰。因此,在产品设计阶段,需要通过优化产品架构来改变电流的传递路径和大小,以降低辐射风险。影响EMI电流大小的因素是评估产品EMI风险的关键。

理想的EMC设计模型应涵盖以下几个要点:

  • 电缆连接的位置;
  • 屏蔽电缆屏蔽层的正确搭接;
  • PCB板的工作地与金属壳体之间的连接;
  • 外部电源和信号输入端口的滤波和防护;
  • 不同PCB板之间的工作地互连(通常通过结构件实现);
  • 内部信号端口的滤波和防护;
  • 壳体各金属部件之间的搭接(考虑阻抗和缝隙处理);
  • 进入壳体的电缆、连接器、PCB板的工作地与金属壳体之间的连接及其构成的回路面积;
  • 外壳接地;
  • 防止ESD(静电放电)风险的评估。

在机器人产品的EMC设计和整改过程中,针对辐射骚扰,通常要考虑的因素包括接地、屏蔽、滤波、线束及走线、关键元器件的布局等,并且需要特别关注一些主要辐射干扰源,如开关电源、伺服驱动、PLC、I/O模块、驱动电机和示教器等。

对于已定型的产品,如果初次检测发现辐射骚扰不合格或发射强度较大,可以参考以下方案进行整改:

  • 接地设计;
  • 屏蔽措施;
  • 滤波处理;
  • 线束及走线优化;
  • 关键元器件布局调整。

在传导骚扰设计及整改方面,通常需要从以下几个方面入手:

  • 安装滤波器;
  • 缩短屏蔽壳体内电源输入线的长度;
  • 电源滤波的输入端和输出端完全隔离;
  • 滤波器金属外壳和屏蔽盒紧密结合,实现良好接地。

静电测试的整改措施应注意以下几点:

  • 屏蔽IC接地;
  • 电路元件的安全距离;
  • 阻隔放电路径;
  • I/O端口接脚与外壳连接;
  • 增长放电路径。

EFT(快速瞬态脉冲)测试的整改措施包括:

  • 电源线上加磁环处理;
  • 电源输入端加共模电感;
  • 在异常功能对应的电路中对地加电容。

浪涌测试的整改通常包括增加压敏电阻或保险丝,或者调整相关参数。

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本文来源: 图灵汇 文章作者: 谭金影