了解設(shè)計工業(yè)驅(qū)動器的電磁兼容性要求

時間：2022-02-09 11:15:01

關(guān)鍵字：電磁兼容性 (EMC) 抗擾度電磁干擾 (EMI)

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[導讀]變速和工業(yè)驅(qū)動設(shè)計工程師需要了解電磁兼容性 (EMC) 抗擾度和電磁干擾 (EMI)，以及隔離安全要求。你知道你的要求嗎？每個終端設(shè)備設(shè)計都必須滿足其自身的標準，以確保產(chǎn)品在所需的終端設(shè)備類別和環(huán)境中合規(guī)且安全使用。

變速和工業(yè)驅(qū)動設(shè)計工程師需要了解電磁兼容性 (EMC) 抗擾度和電磁干擾 (EMI)，以及隔離安全要求。你知道你的要求嗎？每個終端設(shè)備設(shè)計都必須滿足其自身的標準，以確保產(chǎn)品在所需的終端設(shè)備類別和環(huán)境中合規(guī)且安全使用。

國際電工委員會 (IEC) 發(fā)布的變速驅(qū)動系統(tǒng)的相應(yīng)終端設(shè)備標準是針對 EMC 和 EMI 的 IEC 61800-3 和針對系統(tǒng)安全要求（包括隔離）的 IEC 61800-5-1。IEC 61800-3 標準中規(guī)定的 EMC 和 EMI 要求取決于變速驅(qū)動器所屬的類別。類別范圍從 C1 到 C4，規(guī)定了變速驅(qū)動器的最大額定電壓及其可以安裝和使用的環(huán)境。驅(qū)動器的最大額定電壓可以小于1000V，也可以大于1000V。有兩種環(huán)境：

第一種環(huán)境是指在由公共電網(wǎng)供電的住宅或辦公樓等家庭場所中使用變速驅(qū)動器。第二種環(huán)境規(guī)定了在由提供 480V、560V 或 690VAC 等三相電壓的專用變壓器供電的工業(yè)領(lǐng)域中使用的要求。在這篇博文中，我將重點介紹第 2 類和第 3 類，并引導您觀看相應(yīng)的培訓視頻系列。

C2類驅(qū)動器的額定電壓在1000V以下，適用于第一類環(huán)境，但不可插拔，不可移動，由專業(yè)人員安裝。3 類驅(qū)動器的額定電壓也低于 1000V，但僅限于在第二環(huán)境中使用。

半導體在組件級別有自己特定的 EMC 和隔離標準。一些例子如表 1 所示。

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表 1：組件級半導體標準

EMC 抗擾度、EMI 和隔離要求如何適用于工業(yè)驅(qū)動器，測試結(jié)果如何？圖 1 顯示了工業(yè)驅(qū)動器的簡化架構(gòu)，劃分為各種子系統(tǒng)，接口和連接器可在機柜外訪問。EMC 抗擾度測試信號，如浪涌、電快速瞬變 (EFT) 或 ESD，應(yīng)用于每個子系統(tǒng)的接口連接器。具有可訪問接口或連接器的典型子系統(tǒng)包括通信、用戶輸入和輸出 (I/O) 接口、位置反饋接口、電源接口和市電交流電源輸入。

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圖1 ：工業(yè)驅(qū)動中的 EMC 抗擾度測試信號示例

每個接口或端口都必須通過相應(yīng)的 EMC 抗擾度要求和 EMI 和隔離要求。尤其是以太網(wǎng) PHY、RS-485 收發(fā)器或隔離式柵極驅(qū)動器等半導體接口 IC，對通過系統(tǒng)級標準具有重大影響。因此，如表 1 所示，半導體元件級別的 EMC 抗擾度、EMI 或隔離性能成為關(guān)鍵的選擇標準。

EMC抗擾度

讓我們來看看 EMC 抗擾度要求和測試方法。IEC 61800-3 規(guī)定了 EMC 抗擾度要求，如電壓水平和通過標準，并參考了 IEC 61000-4-x 標準，該標準描述了 ESD、EFT 和浪涌的測試方法和測試設(shè)置。第二種環(huán)境的 EMC 抗擾度要求較高，而第一種環(huán)境的 EMC 抗擾度要求較低。因此，我們專注于第二環(huán)境。圖 2 顯示了針對第二環(huán)境的 IEC 61800-3 EMC 抗擾度要求的摘錄。

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表2 ：IEC 61800-3 對第二環(huán)境的 EMC 抗擾度要求

每個端口都需要通過特定的過壓現(xiàn)象，在 IEC 61000-4-4 等標準中規(guī)定了 +/- 2kV 電壓水平下的快速瞬變突發(fā) (EFT)。

我們?nèi)绾悟炞C驅(qū)動器已通過測試？因此，如表 2 所示的性能驗收標準是驗證終端設(shè)備相關(guān) EMC 測試的一個非常重要的因素。

標準 A 規(guī)定在 EMC 測試期間或之后不得影響驅(qū)動器的性能。

標準 B 規(guī)定只有在 EMC 測試期間才可接受暫時的性能下降。在測試 EMC 測試之后，驅(qū)動器必須以全性能運行，無需任何人工干預(yù)。

標準 C 規(guī)定在測試期間功能或性能的暫時損失是可以接受的，并允許手動干預(yù)（如電源循環(huán)或硬件重置）以充分發(fā)揮性能恢復正常操作。

與通常根據(jù)標準 C 進行驗證的大多數(shù)半導體不同，終端設(shè)備必須至少滿足標準 B 或 A，其中 A 指定系統(tǒng)即使在 EMC 事件期間也必須保持指定的性能。對于許多供應(yīng)商而言，根據(jù) IEC61000-4-4 的快速瞬變突發(fā) (EFT) 抗擾度是證明工業(yè)驅(qū)動器穩(wěn)健性的最重要的 EMC 抗擾度測試。這是因為脈沖噪聲通過逆變器 PWM 開關(guān)電壓耦合到電纜或印刷電路板對驅(qū)動器性能的影響與快速瞬態(tài)脈沖 (EFT) 相似。

您如何設(shè)計符合 EMC 標準的子系統(tǒng)？TI 工業(yè)驅(qū)動器參考設(shè)計旨在滿足工業(yè)驅(qū)動器的 EMC 抗擾度要求。例如，絕對位置編碼器的通用數(shù)字接口參考設(shè)計為四線和兩線編碼器實現(xiàn)了符合 EMC 標準的 RS-485 接口。參考設(shè)計以兩倍的系數(shù)通過了所需的測試電壓，從而超出了 IEC 61800-3 的要求。

電磁干擾

IEC 618000-3 還規(guī)定了變速驅(qū)動器的排放要求，并參考了標準 CISPR 11 A 級和等效的歐洲標準 EN 55011 A 級標準，用于特定的測試設(shè)置。CISPR 是 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques 的簡稱。輻射發(fā)射是在 30MHz 到 1GHz 的頻帶內(nèi)測量的。對于IEC61000-3中屬于第2類或第3類的工業(yè)設(shè)備，電場強度分量準峰值的限值以分貝（微伏每米）為單位，如表3所示。

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