ZMC900E 國產(chǎn)EtherCAT主站控制器 — 電源口傳導(dǎo)騷擾整改

為確保EtherCAT主站控制器在工業(yè)自動化中的可靠和穩(wěn)定應(yīng)用，EMC測試至關(guān)重要。本文以ZMC900E電源傳導(dǎo)騷擾整改為例，深入解析EMC原理，助您精準定位問題，避免無效整改。

圖1 ZMC900E高性能EtherCAT主站控制器

ZMC900E 是ZLG致遠電子開發(fā)的最新一代EtherCAT主站控制器，其核心采用多核異構(gòu)的應(yīng)用處理器，內(nèi)核包括4+1個64位的ArmCortex-A55核，主頻2GHz；3個Cortex-R5F內(nèi)核，主頻800MHz。同時板載4GB LPDDR4、8GB eMMC以及32KB FRAM。

ZMC900EEtherCAT主站控制器為了滿足不同的自動化應(yīng)用需求，集成1路專用EtherCAT口、3路通用以太網(wǎng)、1路CANFD、1路RS485、1路TF卡、1路USB3.0 Host、1路HDMI接口、16路Dl數(shù)字輸入、16路DO數(shù)字輸出等接口，靈活滿足自動化設(shè)備應(yīng)用需求。

圖2ZMC900E接口為了能夠在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定地使用，ZMC900E EtherCAT主站控制器經(jīng)過了嚴格EMC的性能測試。測試的EMC項目及等級如圖3所示?？刂破鱾鲗?dǎo)騷擾測試參考 GB/T 6113.201-2018 CLASS A的標準進行試驗。圖3 ZMC900E電磁兼容(EMC)特性參數(shù)

?電源口傳導(dǎo)騷擾試驗原理在傳導(dǎo)騷擾測試中，LISN（線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)）是電源端口測試的關(guān)鍵設(shè)備，在接入待測設(shè)備后，其等效阻抗接近于50Ω，由此可以知道，電源端傳導(dǎo)騷擾測試的就是測試50Ω阻抗兩端的電壓。當阻抗不變時，也可理解為流經(jīng)50Ω阻抗兩端的電流。只要有電流流過50Ω阻抗，接收機便可顯示出測試值。傳導(dǎo)騷擾整改主要的分析方向則是如何減少流過LISN和接收機并聯(lián)成的50Ω阻抗的電流。電源端口的傳導(dǎo)騷擾的電流產(chǎn)生于IDM和ICM。其傳導(dǎo)騷擾電流環(huán)路示意圖如圖4所示。圖4 電源端口傳導(dǎo)騷擾電流環(huán)路
?電源口傳導(dǎo)騷擾試驗下面就和大家分享一下ZMC900E EtherCAT主站控制器傳導(dǎo)騷擾的整改過程。圖5為24V電源輸入的保護電路，RV1為壓敏電阻，電容C1、C2容量選1nF，電容C3、C4容量選4.7UF，電感L1選用3.3UH，共模電感FT2選用感值470UH，電容C5容量選用220UF，耐壓值50V。

圖5 電源輸入電路

圖6為未整改前的電源口傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果，存在1個頻率點（287.594KHz）超標，此頻率點一般是由于開關(guān)電源的MOS管導(dǎo)通產(chǎn)生的諧波分量導(dǎo)致的傳導(dǎo)性干擾，且還有眾多的頻率點裕量不足。圖6 傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果
?電源口傳導(dǎo)騷擾試驗整改措施電源口傳導(dǎo)騷擾試驗整改可通過加大輸入共模電感進行改善（圖4中的FL2），將共模電感FL2的感值由470UH調(diào)整為1mH后，重新進行電源口的傳導(dǎo)騷擾試驗，其中黃色曲線為峰值曲線，藍色為實時掃描曲線，試驗結(jié)果如圖7所示。由試驗結(jié)果可知，加大輸入共模電感，可以有效地降低電源口的騷擾噪聲，且裕量較充足。

圖71mH共模電感傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果

再將共模電感FT2的感值由1mH調(diào)整為3.3mH后，重新進行電源口的傳導(dǎo)騷擾試驗，保留峰值曲線（藍色），試驗結(jié)果如圖8所示。圖8 3.3mH共模電感傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果

?電源口傳導(dǎo)騷擾試驗整改總結(jié)

對比圖7與圖8可知，加大共模電感，可有效地降低電源口的騷擾噪聲。所以在新方案設(shè)計時，在空間允許的情況下，盡量選擇感值較大的共模電感。在確定輸入電流時，感值越大時，共模電感的體積也會越大，成本也會增加，需綜合考慮。

由于不同廠家的電源模塊，電源口的傳導(dǎo)騷擾噪聲也各不相同，所以電源口傳導(dǎo)騷擾除了加大共模電感的感值外，也可通過更換電源方案來降低傳導(dǎo)騷擾噪聲。