工业设备的抗扰度对策方法

2024/12/17

1. 前言

近年来，生产现场的自动化取得了显著进步，预计以机器人为代表的工业设备及其周边设备的设备内噪声问题将会增加。
这种噪声问题之一是人们担心从其他设备侵入的噪声或设备本身的其他电路产生的噪声可能会导致设备发生误动作，也就是说存在抗扰度的问题。

本文对工业设备的抗扰度对策事例进行介绍。
目前，还没有对工业设备的抗扰度进行管制的官方标准。
因此，本次我们参考工业环境通用标准IEC61000-6-2构建了抗扰度评估环境。
我们使用工业设备设计用评估电路板对抗扰度对策方法进行了讨论。
讨论的对象是IEC61000-6-2中规定的针对传导抗扰度和辐射抗扰度的对策。

2. 事例介绍

2-1. 传导抗扰度―评估系统

对讨论抗扰度对策时构建的评估系统进行说明。
评估电路板上连接了2根电缆。
电缆的一端连接了用于信号检测（或信号输出）的端子作为辅助器。
辅助器检测到的信号通过电缆传输至评估电路板。

评估电路板上安装了A/D转换器。
为了确认错误的发生，使用比较器对来自辅助器的信号（模拟信号，正弦波100Hz）进行了比较。
具体而言，对模拟信号+和模拟信号−的电压振幅和相位进行了比较。
比较结果显示在外部显示器上。

抗扰度试验是否发生错误的判断方法如下。
如果显示器上显示的电压波形不随时间而变化，即电压电平恒定，则认为没有发生错误（判断为OK）。
另一方面，如果随时间而变化，则认为发生了错误（判断为NG）。

传导抗扰度试验的结果是，在全部试验频率（150kHz至80MHz）均发生错误。
观察电压波形时，确认了它随着时间的推移而变动，并且与从外部注入的噪声的频率和相位联动。

2-2. 辐射抗扰度―评估系统

接下来，对辐射抗扰度的对策事例进行说明。
使用与传导抗扰度事例介绍中相同的评估电路板。
判断是否发生错误的方法也与传导抗扰度的事例相同。

辐射抗扰度试验的结果是，在全部试验频率（80MHz至1GHz）均发生错误。
观测外部显示器上显示的电压波形时，确认了它随着时间的推移而变动，并且与从外部注入的噪声的频率联动。这种现象与进行传导抗扰度试验时相同。

2-3. 传导抗扰度―机制考察

我们对传导抗扰度试验时发生错误的机制进行了考察。
该机制由以下①～④构成。

①在传导抗扰度试验中，将EMI夹钳连接到电缆上，并从EMI夹钳注入规定量的噪声。
也就是说，在对将共模噪声注入电缆时的误动作状态进行评估。

②EMI夹钳注入的噪声是共模噪声。另一方面，通信信号是差模噪声。
在理想情况下，差模和共模是分别独立存在的模式，但在实际电路板中，会发生模式转换。
一般来说，模拟信号受外部噪声影响而导致误动作的情况较多。
在本事例的情况下，由于电缆等的特性阻抗不匹配等原因，通过EMI夹钳注入的共模噪声会转换为差模噪声。

③在A点，模拟信号和外部注入噪声的模式转换后信号叠加。（叠加原理）

④用比较器对信号的电压振幅和相位进行比较时，由于模式转换而产生的不需要的信号会残留下来。
有可能是电压波形因此而随时间而变化，并导致错误发生。

基于这些考察结果，我们制定的噪声对策指导方针是减少从电缆流入的共模噪声。