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How to deal with the EMC problem of robots?

Time:2020-09-19 13:58:28 CTR:

How to deal with the EMC problem of robots?

近年来,伴随机器人的飞速发展,机器人的安全、品质、性能等问题也逐渐凸显出来,而电磁兼容(EMC)测试是机器人产品认证不可或缺的一项。如何在设计之初发现产品EMC的缺陷,如何对EMC不合格的项目进行有效整改?也是多数电子开发设计人员面临的棘手的问题之一。


产品的EMC设计主要考虑电磁干扰(EMI)和抗干扰(EMS)两部分。

对抗干扰(EMS)来说,排除风险主要基于产品EMC的设计的分析。同样大小的高频共模电压和共模电流,从产品的某个端口注入,不同的产品设计方案就有不同的共模电流穿过PCB,我们可以通过测量流过PCB的共模电流的大小来评估抗扰度的风险。

对于电磁干扰(EMI),在产品内部的信号传递,会无意间导致噪声和有用信号以共模电流的方式,传导到可以作为天线的导体部分,从而形成辐射发射;在传导骚扰测试中,这种共模电流传导到LISN中就会产生传导骚扰的问题。产品设计之初,我们就要考虑通过产品构架的设计,来改变这种电流的传递路径和大小,把风险降到。影响EMI电流大小的因素则是评估产品EMI风险的重要考量因素。

EMC设计模型一般要从以下几点入手:

A. 电缆连接的位置;

B. 屏蔽电缆屏蔽层的搭接;

C. PCB板的工作地与金属壳体之间的互连;

D. PCB外部的电源和信号输入端口的滤波和防护;

E.  不同PCB板之间的工作地的互连(通常通过结构件实现);

F.  产品内部PCB互连信号端口的滤波和防护;

G. 壳体各个金属部件之间的搭接(考虑阻抗与缝隙处理)方式;

H. 进入壳体后的电缆、连接器、PCB(可能有)PCB板的工作地与金属壳体之间的互连及产品金属壳体之间所组成的回路面积;

I.   外壳接地;

J.   防止ESD击穿的风险评估。

在机器人产品的EMC设计和整改中,针对辐射骚扰,一般要考虑的因素有:接地、屏蔽、滤波、线束及走线、关键元器件的布局;并且要关注一些主要的辐射干扰源的控制:开关电源、伺服驱动、PLCI/O module,驱动电机,示教器等等。

已经定型的产品,初次检测,若辐射骚扰不合格或发射强度较大,可以参考下图的思路寻找解决方案:

传导骚扰的设计及整改方法一般从以下几点出发:

1. 滤波器的安装;

2. 屏蔽壳体内电源输入线的长度要缩短;

3. 电源滤波的输入端和输出端要完全隔离;

4. 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中要注意几点:

1. 屏蔽IC接地;

2. 电路元件安全距离;

3. 阻隔放电路径;

4.  I/O端口接脚与外壳相连接;

5. 增长放电路径。

EFT测试的整改手段有:

1. 电源线上加磁环处理;

2. 电源输入端加共模电感;

3. 在异常功能对应的电路中对地加电容。

浪涌测试的整改,一般为增加压敏电阻或保险丝,或更换它们的相关参数。

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