了解我们设计工业驱动器的电磁兼容性要求

[导读]变速和工业驱动设计工程师需要了解电磁兼容性 (EMC) 抗扰度和电磁干扰 (EMI) 以及隔离安全要求。你知道你的要求吗？每个终端设备设计都必须满足自己的标准，以确保产品在所需的终端设备类别和环境中合规且安全使用。

变速和工业驱动设计工程师需要了解电磁兼容性 (EMC) 抗扰度和电磁干扰 (EMI) 以及隔离安全要求。你知道你的要求吗？每个终端设备设计都必须满足自己的标准，以确保产品在所需的终端设备类别和环境中合规且安全使用。

由国际电工委员会 (IEC) 发布的变速驱动系统的相应终端设备标准是针对 EMC 和 EMI 的 IEC 61800-3 以及针对包括隔离在内的系统安全要求的 IEC 61800-5-1。IEC 61800-3 标准中规定的 EMC 和 EMI 要求取决于变速驱动器所属的类别。类别范围从 C1 到 C4，并规定了变速驱动器的最大额定电压及其可以安装和使用的环境。驱动器的最大额定电压可以小于1000V或大于1000V。有两种环境：

第一种环境是指在住宅或办公楼等家庭场所使用由公共电网供电的变速驱动器。第二种环境规定了在由提供 480V、560V 或 690VAC 等三相电压的专用变压器供电的工业区域中使用的要求。在这篇博文中，我将重点介绍第 2 类和第 3 类，并指导您观看相应的培训视频系列。

C2 类驱动器的额定电压低于 1000V，在第一种环境下使用，但不能插入，也不能移动，由专业人员安装。3 类驱动器的额定电压也低于 1000V，但仅限于在第二种环境中使用。

半导体在组件级别有自己特定的 EMC 和隔离标准。一些示例如表 1 所示。

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表 1：组件级半导体标准

EMC 抗扰度、EMI 和隔离要求如何应用于工业驱动器？测试是什么样的？图 1 显示了工业驱动器的简化架构，它被划分为各种子系统，接口和连接器可在机柜外访问。浪涌、电快速瞬变 (EFT) 或 ESD 等 EMC 抗扰度测试信号应用于每个子系统的接口连接器。具有可访问接口或连接器的典型子系统包括通信、用户输入和输出 (I/O) 接口、位置反馈接口、电源接口和交流电源输入。

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图1 ：工业驱动器中的示例 EMC 抗扰度测试信号

每个接口或端口都必须通过相应的 EMC 抗扰度要求以及 EMI 和隔离要求。尤其是以太网 PHY、RS-485 收发器或隔离式栅极驱动器等半导体接口 IC 对通过系统级标准有重大影响。因此，如表 1 所示的半导体元件级别的 EMC 抗扰度、EMI 或隔离性能成为关键的选择标准。

要详细了解工业驱动器的 EMC、EMI 和隔离标准要求，以及如何设计和测试符合标准的硬件，请观看培训视频系列的第 1部分。

EMC 抗扰度

让我们看看 EMC 抗扰度要求和测试方法。IEC 61800-3 规定了电压等级和通过标准等 EMC 抗扰度要求，并参考了 IEC 61000-4-x 标准，该标准描述了 ESD、EFT 和浪涌的测试方法和测试设置。第二种环境的 EMC 抗扰度要求较高，而第一种环境的 EMC 抗扰度要求较低。因此，我们专注于第二种环境。图 2 显示了 IEC 61800-3 针对第二种环境的 EMC 抗扰度要求的摘录。

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表2 ：IEC 61800-3 第二环境的 EMC 抗扰度要求

每个端口都需要通过特定的过压现象，如 IEC 61000-4-4 等标准中规定的在 +/- 2kV 电压水平下的快速瞬态突发 (EFT)。

我们如何验证驱动器是否通过了测试？因此，表 2 所示的性能验收标准是验证终端设备相关 EMC 测试的一个非常重要的因素。

标准 A 规定在 EMC 测试期间或之后不得影响驱动器的性能。

标准 B 规定只有在 EMC 测试期间才能接受暂时的性能下降。在测试 EMC 测试之后，驱动器必须在没有任何人工干预的情况下以全部性能运行。

标准 C 指定在测试期间暂时丧失功能或性能是可以接受的，并允许手动干预，如电源循环或硬件重置，以恢复正常运行并发挥全部性能。

与通常根据标准 C 进行验证的大多数半导体不同，终端设备必须至少满足标准 B 或 A，其中 A 规定即使在 EMC 事件期间系统也必须保持指定的性能。对于许多供应商而言，根据 IEC61000-4-4 对快速瞬态突发 (EFT) 的抗扰度是证明工业驱动器稳健性的最重要的 EMC 抗扰度测试。这是因为通过逆变器 PWM 开关电压耦合到电缆或印刷电路板的脉冲噪声对驱动器性能的影响与快速瞬态突发 (EFT) 类似。

您如何设计符合 EMC 标准的子系统？TI 工业驱动器参考设计旨在满足工业驱动器的 EMC 抗扰度要求。例如，绝对位置编码器的通用数字接口参考设计为四线和两线编码器实现了符合 EMC 标准的 RS-485 接口。该参考设计通过了两倍的所需测试电压，超出了 IEC 61800-3 的要求。

要了解有关 EMC 抗扰度要求、测试设置以及如何基于位置编码器参考设计设计符合 IEC EMC 标准的工业硬件的更多信息，请观看培训视频系列的第 2 部分和第 3部分。

电磁干扰

IEC 618000-3 还规定了变速驱动器的排放要求，并参考了标准 CISPR 11 A 类和等效的欧洲标准 EN 55011 A 类标准，用于特定的测试设置。CISPR 是 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques 的简称。辐射发射是在 30MHz 到 1GHz 的频带内测量的。对于根据 IEC61000-3 属于 2 类或 3 类的工业设备，电场强度分量准峰值的限值以分贝（微伏每米）为单位，如表 3 所示。

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