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)都必須滿足自己的標(biāo)準(zhǔn)，以確保產(chǎn)品在所需的終端設(shè)備類別和環(huán)境中合規(guī)且安全使用。

由國(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 以及針對(duì)包括隔離在內(nèi)的系統(tǒng)安全要求的 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)器所屬的類別。類別范圍從 C1 到 C4，并規(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或大于1000V。有兩種環(huán)境：

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

C2 類驅(qū)動(dòng)器的額定電壓低于 1000V，在第一種環(huán)境下使用，但不能插入，也不能移動(dòng)，由專業(yè)人員安裝。3 類驅(qū)動(dòng)器的額定電壓也低于 1000V，但僅限于在第二種環(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)。一些示例如表 1 所示。

表 1：組件級(jí)半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)

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

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

每個(gè)接口或端口都必須通過(guò)相應(yīng)的 EMC 抗擾度要求以及 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)有重大影響。因此，如表 1 所示的半導(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)。

要詳細(xì)了解工業(yè)驅(qū)動(dòng)器的 EMC、EMI 和隔離標(biāo)準(zhǔn)要求，以及如何設(shè)計(jì)和測(cè)試符合標(biāo)準(zhǔn)的硬件，請(qǐng)觀看培訓(xùn)視頻系列的第 1部分。

EMC 抗擾度

讓我們看看 EMC 抗擾度要求和測(cè)試方法。IEC 61800-3 規(guī)定了電壓等級(jí)和通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)等 EMC 抗擾度要求，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，我們專注于第二種環(huán)境。圖 2 顯示了 IEC 61800-3 針對(duì)第二種環(huán)境的 EMC 抗擾度要求的摘錄。 

表2 ：IEC 61800-3 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，如 IEC 61000-4-4 等標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的在 +/- 2kV 電壓水平下的快速瞬態(tài)突發(fā) (EFT)。

我們?nèi)绾悟?yàn)證驅(qū)動(dòng)器是否通過(guò)了測(cè)試？因此，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)試期間才能接受暫時(shí)的性能下降。在測(cè)試 EMC 測(cè)試之后，驅(qū)動(dòng)器必須在沒(méi)有任何人工干預(yù)的情況下以全部性能運(yùn)行。

標(biāo)準(zhǔn) C 指定在測(cè)試期間暫時(shí)喪失功能或性能是可以接受的，并允許手動(dòng)干預(yù)，如電源循環(huán)或硬件重置，以恢復(fù)正常運(yùn)行并發(fā)揮全部性能。

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)備必須至少滿足標(biāo)準(zhǔn) B 或 A，其中 A 規(guī)定即使在 EMC 事件期間系統(tǒng)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 對(duì)快速瞬態(tài)突發(fā) (EFT) 的抗擾度是證明工業(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)橥ㄟ^(guò)逆變器 PWM 開(kāi)關(guān)電壓耦合到電纜或印刷電路板的脈沖噪聲對(duì)驅(qū)動(dòng)器性能的影響與快速瞬態(tài)突發(fā) (EFT) 類似。

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) 為四線和兩線編碼器實(shí)現(xiàn)了符合 EMC 標(biāo)準(zhǔn)的 RS-485 接口。該參考設(shè)計(jì)通過(guò)了兩倍的所需測(cè)試電壓，超出了 IEC 61800-3 的要求。

要了解有關(guān) EMC 抗擾度要求、測(cè)試設(shè)置以及如何基于位置編碼器參考設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)符合 IEC EMC 標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)硬件的更多信息，請(qǐng)觀看培訓(xùn)視頻系列的第 2 部分和第 3部分。

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 類和等效的歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 55011 A 類標(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。輻射發(fā)射是在 30MHz 到 1GHz 的頻帶內(nèi)測(cè)量的。對(duì)于根據(jù) IEC61000-3 屬于 2 類或 3 類的工業(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 頻段的電磁輻射干擾限值（參見(jiàn) IEC 61800-3，表 15）

符合 EMI/EMC 標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)溫度雙端口千兆以太網(wǎng) PHY 參考設(shè)計(jì) 是通過(guò) IEC 61800-3 EMC 抗擾度要求并超過(guò) EN 55011/CISPR 11 A 類輻射要求 4.3dB 的設(shè)計(jì)的一個(gè)很好的例子。