电子电路设计之工控设备抗干扰总结(单片机电路及PCB设计注意)

1 干扰的分类

1.1.干扰的分类

干扰的分类有好多种,通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分类。

按产生的原因分:可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。

按传导方式分:可分为共模噪声和串模噪声。

按波形分:可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。

1.2.干扰的耦合方式

干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。因此,我们有必要看看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。干扰的耦合方式,无非是通过导线、空间、公共线等等,细分下来,主要有以下几种:

1)直接耦合:

这是最直接的方式,也是系统中存在最普遍的一种方式。

2)公共阻抗耦合:

这也是常见的耦合方式,这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。为了防止这种耦合,通常在电路设计上就要考虑。使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。

3)电容耦合:

又称电场耦合或静电耦合。是由于分布电容的存在而产生的耦合。

4)电磁感应耦合:

又称磁场耦合。是由于分布电磁感应而产生的耦合。

5)漏电耦合:

这种耦合是纯电阻性的,在绝缘不好时就会发生。

2常用硬件抗干扰技术

针对形成干扰的三要素,采取的抗干扰主要有以下手段。

2.1抑制干扰源

抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则,常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。

抑制干扰源的常用措施如下:

1)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰。

2)在继电器接点两端),减小电火花影响

3)给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短。

4),以减小IC对电源的影响。

5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。

6)可控硅两端并接(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。

2.2切断干扰传播路径

按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。

所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播,有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大,要特别注意处理。

所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离,用地线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。

切断干扰传播路径的常用措施如下:

1)充分考虑电源对单片机的影响。

2)如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)

3)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。

4)电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电机、继电器)与敏感元件(如单片机)远离。

6) 用地线把数字区与模拟区隔离。数字地与模拟地要分离,最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则。

7)。大功率器件尽可能放在电路板边缘。

8)在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩,可显著提高电路的抗干扰性能。

2.3提高敏感器件的抗干扰性能

提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方法。

提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下:

(1)布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声。

(2)布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦合噪声。

(3)

(4)对单片机使用电源监控及看门狗电路,如:IMP809,IMP706,IMP813,X5043,X5045等,可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。

(5)

(6)IC器件尽量直接焊在电路板上,少用IC座。

2.4其它常用抗干扰措施

(1)交流端用电感电容滤波:去掉高频低频干扰脉冲。

(2)变压器双隔离措施:变压器初级输入端串接电容,初、次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心接点接大地,次级外屏蔽层接印制板地,这是硬件抗干扰的关键手段。次级加低通滤波器:吸收变压器产生的浪涌电压。

(3)采用集成式直流稳压电源:有过流、过压、过热等保护作用。

(4)I/O口采用光电、磁电、继电器隔离,同时去掉公共地。

(5)通讯线用双绞线:排除平行互感。

(6)防雷电用光纤隔离最为有效。

(7)A/D转换用隔离放大器或采用现场转换:减少误差。

(8)外壳接大地:解决人身安全及防外界电磁场干扰。

(9)加复位电压检测电路。防止复位不充分,CPU就工作,尤其有EEPROM的器件,复位不充份会改变EEPROM的内容。

(10)印制板工艺抗干扰:

①电源线加粗,合理走线、接地,三总线分开以减少互感振荡。

②CPU、RAM、ROM等主芯片,VCC和GND之间接电解电容及瓷片电容,去掉高、低频干扰信号。

③独立系统结构,减少接插件与连线,提高可靠性,减少故障率。

④集成块与插座接触可靠,用双簧插座,最好集成块直接焊在印制板上,防止器件接触不良故障。

⑤有条件的采用四层以上印制板,中间两层为电源及地。

如何提高工控设备的抗干扰能力?

答:工控设备的核心问题,就是抗干扰能力,如果抗干扰能力不够高,那么,这个设备就是没有多大用处。

要提高工控设备的抗干扰能力,首先就是要学会正确的使用PLC。

1.PLC的内核电源和输入输出接口电源应该独立。

绝大多数的用户,在设计系统电源时,只有一个电源,

2.PLC的输出口如果接到感性负载,例如电磁阀,继电器等有线圈的负载,需要在负载两端反向加一个吸收二极管。具体的方法,可以到我们的网站查看产品的接线图。

如果前世五百次眸回,才换来今生的擦肩而过。

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