發布日期：2022-04-20 點擊率：47
變速和工業驅動設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？每個終端設備設計都必須滿足自己的標準，以確保產品在所需的終端設備類別和環境中合規且安全使用。
由國際電工委員會 (IEC) 發布的變速驅動系統的相應終端設備標準是針對 EMC 和 EMI 的 IEC 61800-3 以及針對包括隔離在內的系統安全要求的 IEC 61800-5-1。IEC 61800-3 標準中規定的 EMC 和 EMI 要求取決于變速驅動器所屬的類別。類別范圍從 C1 到 C4，并規定了變速驅動器的最大額定電壓及其可以安裝和使用的環境。驅動器的最大額定電壓可以小于1000V或大于1000V。有兩種環境：
第一種環境是指在住宅或辦公樓等家庭場所使用由公共電網供電的變速驅動器。第二種環境規定了在由提供 480V、560V 或 690VAC 等三相電壓的專用變壓器供電的工業區域中使用的要求。在這篇博文中，我將重點介紹第 2 類和第 3 類，并指導您觀看相應的培訓視頻系列。
C2 類驅動器的額定電壓低于 1000V，在第一種環境下使用，但不能插入，也不能移動，由專業人員安裝。3 類驅動器的額定電壓也低于 1000V，但僅限于在第二種環境中使用。
半導體在組件級別有自己特定的 EMC 和隔離標準。一些示例如表 1 所示。
表 1：組件級半導體標準
EMC 抗擾度、EMI 和隔離要求如何應用于工業驅動器？測試是什么樣的？圖 1 顯示了工業驅動器的簡化架構，它被劃分為各種子系統，接口和連接器可在機柜外訪問。浪涌、電快速瞬變 (EFT) 或 ESD 等 EMC 抗擾度測試信號應用于每個子系統的接口連接器。具有可訪問接口或連接器的典型子系統包括通信、用戶輸入和輸出 (I/O) 接口、位置反饋接口、電源接口和交流電源輸入。
圖1 ：工業驅動器中的示例 EMC 抗擾度測試信號
每個接口或端口都必須通過相應的 EMC 抗擾度要求以及 EMI 和隔離要求。尤其是以太網 PHY、RS-485 收發器或隔離式柵極驅動器等半導體接口 IC 對通過系統級標準有重大影響。因此，如表 1 所示的半導體元件級別的 EMC 抗擾度、EMI 或隔離性能成為關鍵的選擇標準。
要詳細了解工業驅動器的 EMC、EMI 和隔離標準要求，以及如何設計和測試符合標準的硬件，請觀看培訓視頻系列的第 1部分。
EMC 抗擾度
讓我們看看 EMC 抗擾度要求和測試方法。IEC 61800-3 規定了電壓等級和通過標準等 EMC 抗擾度要求，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置。第二種環境的 EMC 抗擾度要求較高，而第一種環境的 EMC 抗擾度要求較低。因此，我們專注于第二種環境。圖 2 顯示了 IEC 61800-3 針對第二種環境的 EMC 抗擾度要求的摘錄。
表2 ：IEC 61800-3 第二環境的 EMC 抗擾度要求
每個端口都需要通過特定的過壓現象，如 IEC 61000-4-4 等標準中規定的在 +/- 2kV 電壓水平下的快速瞬態突發 (EFT)。
我們如何驗證驅動器是否通過了測試？因此，表 2 所示的性能驗收標準是驗證終端設備相關 EMC 測試的一個非常重要的因素。
標準 A 規定在 EMC 測試期間或之后不得影響驅動器的性能。
標準 B 規定只有在 EMC 測試期間才能接受暫時的性能下降。在測試 EMC 測試之后，驅動器必須在沒有任何人工干預的情況下以全部性能運行。
標準 C 指定在測試期間暫時喪失功能或性能是可以接受的，并允許手動干預，如電源循環或硬件重置，以恢復正常運行并發揮全部性能。
與通常根據標準 C 進行驗證的大多數半導體不同，終端設備必須至少滿足標準 B 或 A，其中 A 規定即使在 EMC 事件期間系統也必須保持指定的性能。對于許多供應商而言，根據 IEC61000-4-4 對快速瞬態突發 (EFT) 的抗擾度是證明工業驅動器穩健性的最重要的 EMC 抗擾度測試。這是因為通過逆變器 PWM 開關電壓耦合到電纜或印刷電路板的脈沖噪聲對驅動器性能的影響與快速瞬態突發 (EFT) 類似。
您如何設計符合 EMC 標準的子系統？TI 工業驅動器參考設計旨在滿足工業驅動器的 EMC 抗擾度要求。例如，絕對位置編碼器的通用數字接口參考設計 為四線和兩線編碼器實現了符合 EMC 標準的 RS-485 接口。該參考設計通過了兩倍的所需測試電壓，超出了 IEC 61800-3 的要求。
要了解有關 EMC 抗擾度要求、測試設置以及如何基于位置編碼器參考設計設計符合 IEC EMC 標準的工業硬件的更多信息，請觀看培訓視頻系列的第 2 部分和第 3部分。
電磁干擾
IEC 618000-3 還規定了變速驅動器的排放要求，并參考了標準 CISPR 11 A 類和等效的歐洲標準 EN 55011 A 類標準，用于特定的測試設置。CISPR 是 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques 的簡稱。輻射發射是在 30MHz 到 1GHz 的頻帶內測量的。對于根據 IEC61000-3 屬于 2 類或 3 類的工業設備，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。
表 3：30MHz 至 1000MHz 頻段的電磁輻射干擾限值（參見 IEC 61800-3，表 15）
符合 EMI/EMC 標準的工業溫度雙端口千兆以太網 PHY 參考設計 是通過 IEC 61800-3 EMC 抗擾度要求并超過 EN 55011/CISPR 11 A 類輻射要求 4.3dB 的設計的一個很好的例子。
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