Gewährleisten niedriger EMI- und RFI-Werte in Schaltnetzteilen mit industriellen SPS-Steuerungen

Einführung

Schaltnetzteile werden aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer kompakten Größe häufig in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt. Allerdings erzeugen diese Netzteile häufig elektromagnetische Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI), die die Leistung von in der Nähe befindlichen elektronischen Geräten beeinträchtigen können. Industrielle speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) spielen eine entscheidende Rolle bei der Steuerung und Überwachung industrieller Prozesse. Um den reibungslosen Betrieb sowohl von Schaltnetzteilen als auch von industriellen SPS-Steuerungen zu gewährleisten, ist es wichtig, EMI und RFI zu minimieren. In diesem Artikel werden verschiedene Techniken und Strategien untersucht, um bei Schaltnetzteilen bei Verwendung mit industriellen SPS-Steuerungen niedrige EMI- und RFI-Werte zu erreichen.

Die Bedeutung niedriger EMI und RFI

Elektromagnetische Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI) können zu Störungen und Fehlfunktionen in nahegelegenen elektronischen Geräten führen, was zu Systemausfällen, Datenbeschädigung und Produktivitätsverlusten führen kann. In industriellen Umgebungen, in denen komplexe Maschinen und empfindliche elektronische Geräte nebeneinander existieren, ist die Gewährleistung niedriger EMI- und RFI-Werte von größter Bedeutung.

EMI bezieht sich auf die unerwünschte elektromagnetische Energie, die von elektronischen Geräten ausgesendet wird, während sich RFI speziell auf die durch Hochfrequenzsignale verursachte Interferenz bezieht. Diese unerwünschten Signale können aus verschiedenen Quellen stammen, darunter Rauschen, das in den Schaltnetzteilen erzeugt wird, schnelles Schalten von Strömen, hochfrequente Schaltsignale und unsachgemäße Erdung. Im Zusammenhang mit industriellen SPS-Steuerungen ist die Minimierung von EMI und RFI von entscheidender Bedeutung, um eine genaue Datenerfassung, effektive Kommunikation und zuverlässige Steuerung industrieller Prozesse sicherzustellen.

Abschirm- und Filtertechniken

Effektive Abschirmung und Filterung sind Schlüsseltechniken zur Minimierung von EMI und RFI in Schaltnetzteilen mit industriellen SPS-Steuerungen. Bei der Abschirmung werden empfindliche Bauteile mit leitfähigen Materialien umschlossen, um das Austreten oder Eindringen elektromagnetischer Strahlung zu verhindern. Die Filterung hingegen konzentriert sich auf die Dämpfung unerwünschter EMI und RFI mithilfe spezieller Komponenten wie Kondensatoren, Induktivitäten und Ferritperlen.

Eine häufig verwendete Abschirmtechnik ist die Verwendung von Metallgehäusen oder -kästen für die Stromversorgung und die SPS-Steuerung. Diese Gehäuse wirken als Barriere und blockieren die Übertragung elektromagnetischer Strahlung. Eine ordnungsgemäße Erdung der Gehäuse sowie der Stromversorgung und der SPS-Steuerung erhöht die Wirksamkeit der Abschirmung zusätzlich.

Hinsichtlich der Filterung sollten sowohl das Netzteil als auch die SPS-Steuerung mit entsprechenden EMI-Filtern ausgestattet sein. Diese Filter sollen hochfrequentes Rauschen dämpfen und sicherstellen, dass den empfindlichen Komponenten nur sauberer Strom zugeführt wird. Zu den gängigen Arten von EMI-Filtern gehören Gleichtaktdrosseln, Gegentaktdrosseln und Netzfilter. Die Auswahl und Platzierung dieser Filter spielt eine entscheidende Rolle bei der Erzielung niedriger EMI- und RFI-Werte.

Optimierung des PCB-Layouts und der Komponentenplatzierung

Das Layout von Leiterplatten (PCBs) in Schaltnetzteilen und industriellen SPS-Steuerungen kann die EMI- und RFI-Werte erheblich beeinflussen. Die richtige Optimierung des PCB-Layouts und der Komponentenplatzierung kann dazu beitragen, unerwünschte elektromagnetische Strahlung zu minimieren und die Gesamtsystemleistung zu verbessern.

Um EMI zu reduzieren, ist es wichtig, den Schleifenbereich hochfrequenter Ströme zu minimieren. Dies kann durch sorgfältige Platzierung der Strom- und Erdungsleiterbahnen, Minimierung der Länge von Leiterbahnen, die Hochfrequenzsignale übertragen, und Optimierung der Verlegung empfindlicher Leiterbahnen erreicht werden. Erdungsebenen sollten ordnungsgemäß ausgelegt und angeschlossen sein, um Rückwege mit niedriger Impedanz für hochfrequente Ströme bereitzustellen.

Auch die Platzierung der Komponenten spielt eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung von EMI und RFI. Durch die Positionierung empfindlicher Komponenten in der Nähe von Hochstrom-Schaltgeräten und die Minimierung der Verbindungslänge kann die Einkopplung elektromagnetischer Energie deutlich reduziert werden. Darüber hinaus kann die Trennung analoger und digitaler Komponenten und die Verwendung separater Masseebenen für jede Komponente dazu beitragen, Interferenzen zwischen beiden zu verhindern.

Effektive Erdungs- und Verbindungstechniken

Um bei Schaltnetzteilen mit industriellen SPS-Steuerungen niedrige EMI- und RFI-Werte zu erreichen, sind geeignete Erdungs- und Verbindungstechniken von entscheidender Bedeutung. Bei der Erdung handelt es sich um den Anschluss verschiedener Komponenten und Geräte an einen gemeinsamen Bezugspunkt, beim Bonden handelt es sich um die Verbindung leitender Oberflächen untereinander, um Potenzialunterschiede zu minimieren.

Für eine wirksame Erdung sollte ein Pfad mit niedriger Impedanz durch die Verwendung spezieller Erdungsleiter ausreichender Größe eingerichtet werden. Die Erdung sollte auf verschiedenen Ebenen erfolgen, einschließlich Systemebene, PCB-Ebene und Komponentenebene. Erdschleifen sollten durch die Implementierung von Stern- oder Einzelpunkt-Erdungssystemen vermieden werden.

Die Verbindung leitfähiger Oberflächen ist wichtig, um Potenzialunterschiede zu minimieren, die zu Erdschleifen führen und unerwünschte Geräusche verursachen können. Die Verbindung sollte mithilfe von Leitern mit niedriger Impedanz erfolgen und eine ordnungsgemäße Verbindung der Stromversorgung, der SPS-Steuerung, der Abschirmung und anderer metallischer Oberflächen umfassen.

Richtige Kabelführung und Abschirmung

Eine unsachgemäße Kabelführung und unzureichende Abschirmung können erheblich zu EMI- und RFI-Problemen beitragen. Die Verlegung der Kabel zwischen dem Schaltnetzteil und der industriellen SPS-Steuerung sowie die Verwendung geeigneter Abschirmtechniken sollten sorgfältig überlegt werden.

Kabel, die Hochfrequenzsignale übertragen, sollten von empfindlichen Komponenten und Kabeln entfernt verlegt werden, um Kopplungen zu minimieren. Die Verwendung von Twisted-Pair-Kabeln kann dazu beitragen, elektromagnetische Strahlung zu reduzieren und die Signalintegrität zu verbessern. Die Kabellängen sollten so kurz wie möglich gehalten werden, um den Schleifenbereich zu minimieren und die Wahrscheinlichkeit der Aufnahme unerwünschter Geräusche zu verringern.

Die Abschirmung von Kabeln ist außerdem von entscheidender Bedeutung, um die Aufnahme externer Geräusche zu reduzieren und die Emission unerwünschter Signale zu verhindern. Abgeschirmte Kabel, die ordnungsgemäß geerdet sind, können EMI und RFI wirksam dämpfen. Darüber hinaus kann die Verwendung von Ferritkernen oder -perlen um Kabel herum die Fähigkeit des Kabels, unerwünschte Störungen zu unterdrücken, weiter verbessern.

Abschluss

Das Erreichen niedriger EMI- und RFI-Werte bei Schaltnetzteilen mit industriellen SPS-Steuerungen ist für den zuverlässigen und effizienten Betrieb industrieller Systeme von entscheidender Bedeutung. Durch den Einsatz von Techniken wie Abschirmung und Filterung, die Optimierung des PCB-Layouts und der Komponentenplatzierung, die Implementierung einer effektiven Erdung und Verbindung sowie die Einführung einer ordnungsgemäßen Kabelführung und -abschirmung können unerwünschte elektromagnetische Strahlung und Interferenzen erheblich minimiert werden.

Bei der Entwicklung oder Integration von Schaltnetzteilen und industriellen SPS-Steuerungen sollten diese Techniken sorgfältig berücksichtigt werden, um die mit EMI und RFI verbundenen Risiken zu mindern. Auf diese Weise können industrielle Systeme reibungslos funktionieren und die Produktivität und Zuverlässigkeit maximiert werden.

In Summe, Durch geeignete Abschirmungs- und Filtertechniken, Optimierung des PCB-Layouts und der Komponentenplatzierung, effektive Erdung und Verbindung sowie ordnungsgemäße Kabelführung und Abschirmung kann bei Schaltnetzteilen mit industriellen SPS-Steuerungen eine geringe EMI und RFI sichergestellt werden. Durch die Umsetzung dieser Strategien können industrielle Systeme einen zuverlässigen und effizienten Betrieb erreichen und das Risiko von Störungen und Fehlfunktionen durch elektromagnetische Störungen minimieren.

Gesamt, Während der Entwurfs- und Integrationsprozesse von Schaltnetzteilen und industriellen SPS-Steuerungen sollte ein ganzheitlicher Ansatz zur Minimierung von EMI und RFI verfolgt werden. Durch die Kombination der verschiedenen in diesem Artikel besprochenen Techniken können Hersteller und Systemintegratoren die Leistung industrieller Systeme optimieren und so einen reibungslosen und unterbrechungsfreien Betrieb gewährleisten.