前言
在現(xiàn)如今的電子類產(chǎn)品設(shè)計中,由于相關(guān)認證法規(guī)的強制要求,對產(chǎn)品和人身安全認知的加強,產(chǎn)品的EMC等級要求變的十分苛刻。整機設(shè)計完成后的EMC調(diào)試問題會需要花到大量的時間精力去克服。一旦在暗室中測試出現(xiàn)異常,就意味著機器需要做相應的整改。同時EMC的問題排查相對其他問題會難上很多因為看不見摸不著,又被大家調(diào)侃為玄學問題。小到某顆電容的擺放位置,大到整個機型拓撲都可能影響到最終結(jié)果。其中漏電流傳感器RCMU作為監(jiān)測微小電流的敏感器件與EMC問題聯(lián)系緊密。
- 什么是輻射抗擾
EMC檢測的全稱是電磁兼容性檢測(Electro MagneticCompatibility),其定義為“設(shè)備和系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力” 該定義包含兩個方面的意思:首先,該設(shè)備應能在一定的電磁環(huán)境下正常工作,即該設(shè)備應具備一定的對外界的電磁抗擾度(EMS);其次,該設(shè)備自身產(chǎn)生的電磁騷擾不能對其他電子產(chǎn)品產(chǎn)生過大的影響,即電磁騷擾(EMI)。輻射抗擾度(RS:Radiated susceptibility)則是電磁抗擾度中最基本的測試項,也是較難排查的一項。
- EMC****輻射抗擾度測試參數(shù)了解
頻率與場強的要求:
日常生活中,許多設(shè)備都能產(chǎn)生特定頻率的電磁場輻射源,對電子設(shè)備的正常工作產(chǎn)生干擾。比如無線電臺,固定或移動式無線電發(fā)射臺等。一般實驗頻率為80MHz1GHz/6GHz,范圍與現(xiàn)階段使用的無線通訊頻率有關(guān),現(xiàn)在許多無限通訊設(shè)備使用2.4GHz,或高達5.6GHz。而光伏逆變器主要頻率范圍為:30MHz1GHz。
場強的要求大小和使用場所相關(guān)。3V/m通常用在消費類電子,10V~30V/m用在工業(yè)類,汽車要求則會更高。
調(diào)制種類:
EMC試驗中通常有以下3種調(diào)制
-CW:連續(xù)波
-AM:振幅調(diào)制(1KHz 80%)
-PM:脈沖調(diào)制
AM的變化梯度比較大,一般摸底測試的時候,更傾向于用AM波來對設(shè)備的抗擾能力進行摸底測試。
相比于工業(yè)標準,車規(guī)的測試要求則會高很多。
頻率范圍:低頻從200MHz1GHz,高頻為1GHz3.4GHz。
場強大小:汽車類應用都會有較高的場強要求,特別是車載器件,100V/m~140V/m是很長見的要求。
- 基于電磁強度的環(huán)境分類
電磁波種類及場強
根據(jù)《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》GB 9175-88的要求,對于一級標準的定義:
指在該環(huán)境電磁波強度下長期居住、工作、生活的一切人群(包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者),均在會受到任何有害影響的區(qū)域;新建、改建或擴建電臺、電視臺和雷達站等發(fā)射天線,在其居民覆蓋區(qū)內(nèi)。對于二級標準的定義:為中間區(qū),指在該環(huán)境電磁波強度下長期居住、工作和生活的一切人群(包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者)可能引起潛在性不良反應的區(qū)域;在此區(qū)內(nèi)可建造工廠和機關(guān),但在許建造居民住宅、學較、醫(yī)院和療養(yǎng)院等,已建造的必須采取適當?shù)姆雷o措施。
注:超過二級標準地區(qū),對人體可帶來有害影響;在此區(qū)內(nèi)可作綠化或種植農(nóng)作物,但禁止建造居民住宅及人群經(jīng)常活動的一切公共設(shè)施,如機關(guān)、工廠、商店和影劇院等;如在此區(qū)內(nèi)已有這些建筑,則應采取措施,或限制輻射時間。
而各種環(huán)境領(lǐng)域產(chǎn)品的電磁輻射設(shè)計要求也正是基于以上標準。
- 光伏逆變器中抗擾度測試的要求(射頻電磁場輻射抗擾度)
根據(jù)NB/T 32004確認逆變器的抗擾度的要求
頻率范圍:80MHz~1000MHz
天線極化方向為:水平和垂直方向
場強大小:10V/m(非調(diào)制)
正弦波1KHz,80%幅度調(diào)制
性能判據(jù)等級:A
測試模型:
測試判據(jù):漏電檢測部分關(guān)系到機器是否正常運行,所以判據(jù)要求A級。
- 逆變器中常見的與剩余電流檢測相關(guān)EMC問題
逆變器漏電流的檢測報警原理:
RCMU漏電流傳感器通過ADC實時采集逆變器輸出矢量和,一般采集平均值或均方根來進行控制計算。當計算值達到保護閾值時,逆變器發(fā)生報警。
而逆變器中引起漏電流報警的EMC相關(guān)問題較常見的有以下幾點:
(1) PV輸入源上有干擾,導致輸出矢量不平衡
(2) 內(nèi)部個別部件的輻射干擾過大或傳導線路耦合干擾
(3) 系統(tǒng)對傳感器的供電本身不穩(wěn)定
(4) 漏電流傳感器失效
【變器輸出矢量不平衡】
RCMU實時檢測到了真實的剩余電流,正常的逆變器在運行時多少會出現(xiàn)輸出不平衡現(xiàn)象,尤其是在開機和關(guān)機階段有較大的不平衡波形存在。這和繼電器吸合及整個機器的拓撲設(shè)計等有一定關(guān)系,但如果不平衡現(xiàn)象過大的話,則應考慮是否有外界干擾引入。例舉PV源上的干擾問題
逆變器開機階段提示漏電流異常,報警。檢測逆變器內(nèi)部漏電流傳感器輸出波形有較大的躍動及毛刺。同時,在交流并網(wǎng)端也檢測到了一個相似的波形。排查后發(fā)現(xiàn)整個干擾的引入源在逆變器的DC源上,在DC源的線上增加多個共模磁環(huán)后,PV源上共模干擾被濾除干凈。
改善方式:可以通過在直流源輸出線上增加共模電感來濾除干擾。
【器件本身供電漂移較大】
單電源供電傳感器,供電電壓范圍有一定要求,當供電受到異常干擾時或者供電本身不穩(wěn)定,并且超出了標稱可允許范圍。其對應的輸出也會不再可靠。一般的表現(xiàn)特性為供電有一定偏移,輸出端會有對應的偏移量。
改善方式:供電的不穩(wěn)定可以通過在5V端增加 LDO或者選用穩(wěn)定性更好的電源芯片來加以優(yōu)化。
【漏電流傳感器失效,如雷擊浪涌】
逆變器作為光伏系統(tǒng)中重要的組成部分,在電網(wǎng)回路中擔任著重要的角色。同時也需要承受電網(wǎng)波動不穩(wěn)所帶來的負面影響。并網(wǎng)回路中的差共模,浪涌問題最為常見,需確保并網(wǎng)回路上的器件有足夠大的承受能力。逆變器的工作環(huán)境也決定了外界的惡劣天氣,如雷擊浪涌同樣需要克服。
改善方式:RCMU通過ASIC芯片內(nèi)部集成防護方式結(jié)合外部防護器件,可對器件進行雙重防護,大大提高器件本身的抗浪涌耐壓能力。
【設(shè)備中本身存在過強的干擾源】
一般傳感器(按照CE認證要求)都能過工業(yè)的10V/m場強要求。但當內(nèi)部的模塊產(chǎn)生的場強超過該強度后,就極有可能觸發(fā)誤報警。產(chǎn)生源可以是通訊模塊及高頻器件等。如果是通訊模塊,由于決定發(fā)射功率的是基帶,這意味著很難通過修改通訊模塊來改善通訊所帶來的干擾。
改善方式:在發(fā)射源無法優(yōu)化的情況下,可以提升受干擾者的抗擾度能力。以漏電流傳感器RCMU為例,通過自身PCBA布局及SOC芯片設(shè)計,減小干擾回路,可以大大提升了抗擾度能力。使其承受場強遠超工業(yè)標準,甚至能達到高達140V/m場強的輻射抗擾要求。
【改善抗擾度能力的方式(PCB優(yōu)化)】
結(jié)尾
當一個行業(yè)或者環(huán)境日漸成熟后,市場大環(huán)境對產(chǎn)品本身的要求就會不斷提升。現(xiàn)今國產(chǎn)逆變器在全球范圍內(nèi)都享譽盛名,但這是很多逆變器廠家前期摸著石頭趟河趟出來的。還是拿EMC問題舉例,早先大家都對EMC問題輕視,歐系逆變器廠家借此作為攔路虎,驚退一大批業(yè)界廠家。而后國內(nèi)廠家痛定思痛,全力將其克服,更有痛下決心,自建10m暗室的標桿企業(yè)。
確實,系統(tǒng)中EMC的處理會難于一般的設(shè)計問題,改善方案從最初的圍堵形式為主:套共模電感、加屏蔽罩等方式,逐漸升級為從設(shè)計思路上去規(guī)避問題。即只要了解EMC特性,有針對有目的地去設(shè)計產(chǎn)品,便可以大大降低成品系統(tǒng)的EMC風險性。
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