變速和工業(yè)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)工程師需要了解電磁兼容性 (EMC) 抗擾度和電磁干擾 (EMI)，以及隔離安全要求。你知道你的要求嗎？每個(gè)終端設(shè)備設(shè)計(jì)都必須滿(mǎn)足其自身的標(biāo)準(zhǔn)，以確保產(chǎn)品在所需的終端設(shè)備類(lèi)別和環(huán)境中合規(guī)且安全使用。

國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 發(fā)布的變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相應(yīng)終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì) EMC 和 EMI 的 IEC 61800-3 和針對(duì)系統(tǒng)安全要求（包括隔離）的 IEC 61800-5-1。IEC 61800-3 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的 EMC 和 EMI 要求取決于變速驅(qū)動(dòng)器所屬的類(lèi)別。類(lèi)別范圍從 C1 到 C4，規(guī)定了變速驅(qū)動(dòng)器的最大額定電壓及其可以安裝和使用的環(huán)境。驅(qū)動(dòng)器的最大額定電壓可以小于1000V，也可以大于1000V。有兩種環(huán)境：

第一種環(huán)境是指在由公共電網(wǎng)供電的住宅或辦公樓等家庭場(chǎng)所中使用變速驅(qū)動(dòng)器。第二種環(huán)境規(guī)定了在由提供 480V、560V 或 690VAC 等三相電壓的專(zhuān)用變壓器供電的工業(yè)領(lǐng)域中使用的要求。在這篇博文中，我將重點(diǎn)介紹第 2 類(lèi)和第 3 類(lèi)，并引導(dǎo)您觀看相應(yīng)的培訓(xùn)視頻系列。

C2類(lèi)驅(qū)動(dòng)器的額定電壓在1000V以下，適用于第一類(lèi)環(huán)境，但不可插拔，不可移動(dòng)，由專(zhuān)業(yè)人員安裝。3 類(lèi)驅(qū)動(dòng)器的額定電壓也低于 1000V，但僅限于在第二環(huán)境中使用。  

半導(dǎo)體在組件級(jí)別有自己特定的 EMC 和隔離標(biāo)準(zhǔn)。一些例子如表 1 所示。

表 1：組件級(jí)半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)

EMC 抗擾度、EMI 和隔離要求如何適用于工業(yè)驅(qū)動(dòng)器，測(cè)試結(jié)果如何？圖 1 顯示了工業(yè)驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)化架構(gòu)，劃分為各種子系統(tǒng)，接口和連接器可在機(jī)柜外訪(fǎng)問(wèn)。EMC 抗擾度測(cè)試信號(hào)，如浪涌、電快速瞬變 (EFT) 或 ESD，應(yīng)用于每個(gè)子系統(tǒng)的接口連接器。具有可訪(fǎng)問(wèn)接口或連接器的典型子系統(tǒng)包括通信、用戶(hù)輸入和輸出 (I/O) 接口、位置反饋接口、電源接口和市電交流電源輸入。

圖1 ：工業(yè)驅(qū)動(dòng)中的 EMC 抗擾度測(cè)試信號(hào)示例

每個(gè)接口或端口都必須通過(guò)相應(yīng)的 EMC 抗擾度要求和 EMI 和隔離要求。尤其是以太網(wǎng) PHY、RS-485 收發(fā)器或隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器等半導(dǎo)體接口 IC，對(duì)通過(guò)系統(tǒng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)具有重大影響。因此，如表 1 所示，半導(dǎo)體元件級(jí)別的 EMC 抗擾度、EMI 或隔離性能成為關(guān)鍵的選擇標(biāo)準(zhǔn)。

EMC抗擾度

讓我們來(lái)看看 EMC 抗擾度要求和測(cè)試方法。IEC 61800-3 規(guī)定了 EMC 抗擾度要求，如電壓水平和通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，并參考了 IEC 61000-4-x 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)描述了 ESD、EFT 和浪涌的測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)置。第二種環(huán)境的 EMC 抗擾度要求較高，而第一種環(huán)境的 EMC 抗擾度要求較低。因此，我們專(zhuān)注于第二環(huán)境。圖 2 顯示了針對(duì)第二環(huán)境的 IEC 61800-3 EMC 抗擾度要求的摘錄。 

表2 ：IEC 61800-3 對(duì)第二環(huán)境的 EMC 抗擾度要求

每個(gè)端口都需要通過(guò)特定的過(guò)壓現(xiàn)象，在 IEC 61000-4-4 等標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了 +/- 2kV 電壓水平下的快速瞬變突發(fā) (EFT)。

我們?nèi)绾悟?yàn)證驅(qū)動(dòng)器已通過(guò)測(cè)試？因此，如表 2 所示的性能驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是驗(yàn)證終端設(shè)備相關(guān) EMC 測(cè)試的一個(gè)非常重要的因素。

標(biāo)準(zhǔn) A 規(guī)定在 EMC 測(cè)試期間或之后不得影響驅(qū)動(dòng)器的性能。

標(biāo)準(zhǔn) B 規(guī)定只有在 EMC 測(cè)試期間才可接受暫時(shí)的性能下降。在測(cè)試 EMC 測(cè)試之后，驅(qū)動(dòng)器必須以全性能運(yùn)行，無(wú)需任何人工干預(yù)。

標(biāo)準(zhǔn) C 規(guī)定在測(cè)試期間功能或性能的暫時(shí)損失是可以接受的，并允許手動(dòng)干預(yù)（如電源循環(huán)或硬件重置）以充分發(fā)揮性能恢復(fù)正常操作。

與通常根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) C 進(jìn)行驗(yàn)證的大多數(shù)半導(dǎo)體不同，終端設(shè)備必須至少滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn) B 或 A，其中 A 指定系統(tǒng)即使在 EMC 事件期間也必須保持指定的性能。對(duì)于許多供應(yīng)商而言，根據(jù) IEC61000-4-4 的快速瞬變突發(fā) (EFT) 抗擾度是證明工業(yè)驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)健性的最重要的 EMC 抗擾度測(cè)試。這是因?yàn)槊}沖噪聲通過(guò)逆變器 PWM 開(kāi)關(guān)電壓耦合到電纜或印刷電路板對(duì)驅(qū)動(dòng)器性能的影響與快速瞬態(tài)脈沖 (EFT) 相似。

您如何設(shè)計(jì)符合 EMC 標(biāo)準(zhǔn)的子系統(tǒng)？TI 工業(yè)驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)旨在滿(mǎn)足工業(yè)驅(qū)動(dòng)器的 EMC 抗擾度要求。例如，絕對(duì)位置編碼器的通用數(shù)字接口參考設(shè)計(jì) 為四線(xiàn)和兩線(xiàn)編碼器實(shí)現(xiàn)了符合 EMC 標(biāo)準(zhǔn)的 RS-485 接口。參考設(shè)計(jì)以?xún)杀兜南禂?shù)通過(guò)了所需的測(cè)試電壓，從而超出了 IEC 61800-3 的要求。

電磁干擾

IEC 618000-3 還規(guī)定了變速驅(qū)動(dòng)器的排放要求，并參考了標(biāo)準(zhǔn) CISPR 11 A 級(jí)和等效的歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 55011 A 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，用于特定的測(cè)試設(shè)置。CISPR 是 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques 的簡(jiǎn)稱(chēng)。輻射發(fā)射是在 30MHz 到 1GHz 的頻帶內(nèi)測(cè)量的。對(duì)于IEC61000-3中屬于第2類(lèi)或第3類(lèi)的工業(yè)設(shè)備，電場(chǎng)強(qiáng)度分量準(zhǔn)峰值的限值以分貝（微伏每米）為單位，如表3所示。 

表 3：30MHz 至 1000MHz 頻段內(nèi)的電磁輻射干擾限制（參見(jiàn) IEC 61800-3，表 15）

的EMI / EMC符合工業(yè)溫度雙端口千兆以太網(wǎng)PHY參考設(shè)計(jì) 是傳遞IEC 61800-3 EMC抗干擾要求及由4.3分貝超過(guò)一類(lèi)EN 55011 / CISPR 11發(fā)射的排放要求的設(shè)計(jì)的一個(gè)好例子。