ชุดระบบอินเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกริดการแปลงพลังงานและฟังก์ชันการสื่อสารทั้งหมดอยู่ภายในโครงครอบร่วมกัน และมากขึ้นเรื่อย ๆ บนบอร์ดที่วางห่างจากอุปกรณ์สวิตชิ่งซึ่งทำงานที่ค่า dv/dt และ di/dt สูงเพียงไม่กี่เซนติเมตร บอร์ดสื่อสาร — ที่มีอินเทอร์เฟซ RS-485, CAN, Ethernet หรือเทเลเมทรีไร้สายเชื่อมต่อกลับไปยังระบบ SCADA ของโรงงานหรือระบบบริหารจัดการพลังงาน — เป็นส่วนของระบบที่ทนทานต่อสัญญาณรบกวนได้น้อยที่สุดแต่กลับถูกเปิดรับสัญญาณรบกวนมากที่สุด เมื่อการสื่อสารหลุดเป็นพัก ๆ ขณะมีโหลด สาเหตุรากเหง้ามักจะไม่ใช่ความผิดพลาดในสเกเมติก แต่มักเป็นรายละเอียดในระดับการผลิต: ฝาครอบชิลด์ที่วางเหลื่อมตำแหน่งฟุตพรินต์ไป 0.2 มม. วีย์กราวด์ที่มีการอัดเติมไม่สม่ำเสมอ หรือขั้นตอนการรีเวิร์กที่ดันคอมโพเนนต์ให้เคลื่อนออกจากตำแหน่งที่ถูกปรับให้เหมาะสมด้าน EMI ไปสองมิลลิเมตร
ทำไมกระดานสื่อสารจึงเป็นจุดอ่อนสำคัญ
อินเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกับกริด (Grid-tie inverters) ทำการสวิตช์ที่ความถี่ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในช่วงหลายสิบถึงหลักร้อยกิโลเฮิรตซ์สำหรับสเตจจ่ายกำลังหลัก โดยมีอัตราการเปลี่ยนระดับขอบสัญญาณที่รวดเร็วพอจะเกิดคอนเทนต์ฮาร์มอนิกแถบกว้างลุกลามเข้าไปถึงย่านความถี่ VHF เมื่อบอร์ดสื่อสารใช้งานร่วมกับส่วนจ่ายกำลังในตู้หุ้มเดียวกัน — หรือแย่กว่านั้น บนแผง PCB แผ่นเดียวกัน — จะมีเส้นทางการคัปปลิงหลักอยู่สามทาง:
การเชื่อมต่อที่ดำเนินการผ่านระนาบกราวด์ร่วมกันหรือรางจ่ายไฟ ซึ่งสัญญาณรบกวนจากการสวิตช์จะแพร่บนเส้นทางรีเทิร์นที่ใช้ร่วมกับสัญญาณการสื่อสารระดับต่ำ
การคัปปลิงแบบแผ่รังสีจากร่องรอยกำลังและสนามใกล้ของตัวเหนี่ยวนำเข้าสู่วงจรสื่อสารที่ไม่มีการป้องกันหรือมีการป้องกันที่ไม่เพียงพอ
การคัปปลิงแบบคอมมอนโหมดผ่านอินเทอร์เฟซสายเคเบิล (คู่สายบิดเกลียว RS-485, บัส CAN, อีเธอร์เน็ต) ที่ทำหน้าที่เป็นเสาอากาศโดยไม่ตั้งใจสำหรับสัญญาณรบกวนที่มีอยู่บนจุดอ้างอิงกราวด์ภายในบอร์ด
นักออกแบบวงจรจะแก้ไขประเด็นนี้ในระดับแผนผังวงจรและเลย์เอาต์ด้วยการแยกพื้นดินร่องป้องกัน และกระป๋องชิลด์ครอบวงจรด้านหน้าที่มีความไวสูง (ตัวแยกสัญญาณ ทรานซีฟเวอร์ ออสซิลเลเตอร์) สิ่งที่กำหนดว่าความตั้งใจในการออกแบบนั้นจะคงอยู่ไปจนถึงผลิตภัณฑ์ที่ถูกส่งมอบหรือไม่ ส่วนใหญ่แล้วเป็นคำถามที่เกี่ยวกับขั้นตอนการประกอบบนสายการผลิต
ตำแหน่งในกระบวนการประกอบที่ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อ EMI
ความแม่นยำในการวางชิลด์แผงสื่อสารสำหรับการใช้งานอินเวอร์เตอร์มักระบุให้มีแผ่นโลหะปั๊มหรือดึงขึ้นรูปครอบทับส่วนทรานซีฟเวอร์แบบแยกและวงจรออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่หรือคริสตัล ประสิทธิภาพของแผ่นครอบโลหะขึ้นอยู่กับความต่อเนื่องของรอยบัดกรีที่แท็บยึดทุกจุด — เพียงแค่มีช่องว่างที่มุมใดมุมหนึ่งก็จะทำให้แผ่นครอบลดเหลือแค่โครงครอบบางส่วน และการคัปปลิงระยะใกล้จะหาเจอช่องเปิดนั้น ความแม่นยำของตำแหน่งระหว่างการรีโฟลว์ ไม่ใช่เฉพาะตอนปิกแอนด์เพลสเท่านั้น เป็นตัวกำหนดผลลัพธ์: กระป๋องโลหะสำหรับการครอบที่ขยับตัวระหว่างการรีโฟลว์เนื่องจากปริมาณการแปะไม่สม่ำเสมอภายใต้แถบของมันสามารถลงมาใกล้พอที่จะผ่านการตรวจสอบด้วยสายตาได้ ในขณะที่ยังคงเหลือรอยต่อที่มีระยะขอบอยู่ด้านล่าง
ยึดมั่นผ่านความสม่ำเสมอของกระบวนการการวาง via ต่อเชื่อมรอบๆ แผ่นกราวด์ที่แบ่งออกเป็นส่วนๆ หรือใต้ขอบของฝาครอบโลหะมักถูกกำหนดให้มีระยะห่างที่ถี่ เพื่อคงเส้นทางกระแสย้อนกลับที่มีความเหนี่ยวนำต่ำในย่านความถี่ที่ให้ความสำคัญ ความไม่สม่ำเสมอของการอัดเติมหรือชุบ via จากแผงหนึ่งไปยังอีกแผงหนึ่งจะเปลี่ยนค่าความอิมพีแดนซ์ของกราวด์ที่จุดเหล่านั้น ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้จากการทดสอบทางไฟฟ้าบนบอร์ดเปล่า แต่มีผลต่อพฤติกรรมกระแสย้อนกลับที่ความถี่สูง
การรบกวนเลย์เอาต์ที่เกิดจากการทำงานซ้ำนี่เป็นโหมดความล้มเหลวที่มีการพูดถึงน้อยที่สุดแต่บ่อยครั้งกลับส่งผลกระทบมากที่สุด บอร์ดสื่อสารที่ต้องมีการแก้ไขในระดับคอมโพเนนต์ — ทรานซีฟเวอร์ที่เสีย หรืองานเชื่อมบัดกรีที่อยู่ในเกณฑ์วิกฤตบนตัวชิลด์เอง — มีความเสี่ยงอย่างแท้จริงที่กระป๋องชิลด์จะถูกติดตั้งกลับเข้าไปใหม่ในตำแหน่งที่หมุนหรือเยื้องเล็กน้อยเมื่อเทียบกับตำแหน่งเดิม หรือโปรไฟล์ความร้อนจากการรีเวิร์กไปรบกวนงานบัดกรีกราวด์เวียข้างเคียง ขั้นตอนการรีเวิร์กบนแอสเซมบลีที่ไวต่อ EMI จำเป็นต้องมีขั้นตอนที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนสำหรับการถอดและติดตั้งชิลด์ใหม่ ไม่ใช่การทำซ้ำโปรแกรมการติดตั้งเดิมแบบเฉพาะกิจ เพราะการติดตั้งชิลด์ด้วยมือคือจุดที่ความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งเริ่มต้นขึ้น
กลยุทธ์ AOI แบบสามมิติสำหรับความสมบูรณ์ของจุดบัดกรีชิลด์
จุดบัดกรีของชิลด์เป็นจุดบอดที่เป็นที่รู้กันสำหรับ AOI แบบ 2 มิติ มาตรฐาน ซึ่งส่วนใหญ่จะตรวจจากพื้นที่ที่สามารถบัดกรีได้ และอาจผ่านการตรวจของรอยต่อเย็นหรือรอยต่อที่เปียกชื้นบางส่วนซึ่งแสดงให้เห็นทรงเงาที่ยอมรับได้เมื่อมองจากด้านบนโดยตรง โหมดความล้มเหลวที่น่ากังวลในที่นี้ — ข้อต่อเย็นที่มุมหนึ่งหรือมากกว่าของสี่มุมฝาครอบโล่ — โดยพื้นฐานแล้วเป็นปัญหาเกี่ยวกับรูปทรงของข้อต่อ ไม่ใช่ปัญหาเรื่องความครอบคลุม และต้องการข้อมูลความสูงและมุมฟิลเลตจึงจะตรวจจับได้อย่างน่าเชื่อถือ
3D AOIใช้กับแถบติดตั้งแผ่นกำบังโดยเฉพาะ จะประเมินว่า:
ความสูงของฟิลเลตและมุมการเปียกที่แท็บมุมแต่ละจุด โดยทำเครื่องหมายข้อต่อที่แม้จะมีการครอบคลุมครบถ้วนแต่มีค่าความสูง/มุมอยู่นอกช่วงความคลาดเคลื่อนที่คาดไว้ ซึ่งสอดคล้องกับข้อต่อที่เย็นหรือถูกรบกวน
ความอยู่ในระนาบเดียวกันของกระป๋องชิลด์เมื่อเทียบกับพื้นผิวบอร์ดก่อนการเสร็จสิ้นกระบวนการรีโฟลว์ เป็นข้อมูลที่เป็นประโยชน์ต่อการเชื่อมโยงความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งกลับไปยังความแปรผันของการพิมพ์บัดกรีหรือกระบวนการจัดวางชิ้นส่วน
การตรวจสอบซ้ำหลังการแก้ไขงานให้เป็นขั้นตอนบังคับ ไม่ใช่ขั้นตอนตัวเลือก ในกรณีที่มีการถอดและติดตั้งฝาครอบป้องกันใหม่
กลยุทธ์การตรวจสอบนี้ไม่ได้มาแทนการทดสอบประสิทธิภาพการป้องกันในระดับ RF แต่เป็นการยืนยันสภาพเชิงกล/บัดกรีเบื้องต้นเพื่อให้การป้องกันนั้นสามารถทำงานได้ตามที่ออกแบบไว้ รอยบัดกรีที่สมบูรณ์ดีทั้งสี่มุมเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นแต่ไม่เพียงพอสำหรับประสิทธิภาพการป้องกันคลื่นรบกวน โดยมันจะขจัดความแปรผันที่เกิดจากการประกอบออกจากสมการ เพื่อให้ปัญหา EMI ที่เหลืออยู่สามารถถูกโยงกลับไปยังเลย์เอาต์ การเลือกใช้ชิ้นส่วน หรือการออกแบบโครงสร้างหุ้ม แทนที่จะเป็นช่องว่างด้านฝีมือการประกอบ
การตรวจสอบย้อนกลับ MES สำหรับการรองรับการผ่านมาตรฐาน EMC ล่วงหน้า
โปรแกรมอินเวอร์เตอร์เชื่อมต่อโครงข่ายส่วนใหญ่จะทำการทดสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนด EMC ล่วงหน้า ซึ่งโดยทั่วไปดำเนินการโดยผู้ผลิต OEM หรือห้องปฏิบัติการทดสอบภายนอก ไม่ได้อ้างว่าเป็นการรับรองภายในองค์กรเอง กับเครื่องรุ่นแรก ๆ ก่อนที่จะตัดสินใจเข้าสู่การทดสอบการรับรองอย่างเป็นทางการ เมื่อผลการทดสอบล่วงหน้าออกมาว่าค่าขอบเขตอยู่ในระดับวิกฤตในย่านความถี่การแผ่รังสีใดย่านหนึ่ง คำถามการวินิจฉัยแรกคือ เครื่องที่นำไปทดสอบนั้นเป็นตัวแทนที่สะท้อนถึงการผลิตชุดใหญ่ทั้งหมดหรือไม่ หรือเป็นค่าผิดปกติที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการประกอบ
MES อัจฉริยะพร้อมการติดตามย้อนกลับในระดับ UIDมีประโยชน์อย่างยิ่งในที่นี้เพราะช่วยให้สามารถตอบคำถามนั้นได้โดยอ้างอิงจากบันทึกกระบวนการแทนการคาดเดา
มีการบันทึกตำแหน่งติดตั้งซีลด์แคนและพารามิเตอร์การรีโฟลว์สำหรับแต่ละยูนิต ดังนั้นยูนิตที่ส่งไปทดสอบ EMC จึงสามารถตรวจสอบเทียบกับข้อมูลกระบวนการของยูนิตที่ยังอยู่ในไลน์การผลิตได้
ข้อมูลผ่าน/ไม่ผ่านและข้อมูลการวัดของจุดเชื่อมจาก 3D AOI ที่ผูกกับหมายเลขซีเรียล ทำให้สามารถอ้างอิงไขว้ผล EMC ที่อยู่ในเกณฑ์วิกฤตกับข้อมูลคุณภาพของจุดเชื่อมสำหรับบอร์ดเฉพาะแผ่นนั้นได้ ก่อนที่จะสรุปว่าเป็นปัญหาในระดับการออกแบบ
ประวัติการทำงานซ่อมถูกระบุเป็นรายหน่วย ดังนั้นบอร์ดใดก็ตามที่ผ่านการซ่อมแซมฝาครอบโล่สามารถถูกตัดออกจาก — หรือถูกเลือกให้รวมอยู่โดยเฉพาะใน — ชุดการเปรียบเทียบก่อนการผ่านมาตรฐานได้
นี่คือความสามารถในการบันทึกประวัติการผลิต ไม่ใช่การรับรอง: มันช่วยสนับสนุนโปรแกรมการทดสอบ EMC ของผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM) โดยช่วยจำกัดขอบเขตว่าผลลัพธ์ที่ผิดปกตินั้นมีสาเหตุมาจากประวัติการประกอบของหน่วยใดหน่วยหนึ่งหรือไม่ แทนที่จะใช้ทดแทนการทดสอบจริงเอง
แบบประเมินความเสี่ยง EMI ด้วยตนเองสำหรับการประกอบแผงวงจรสื่อสาร
ก่อนที่จะปล่อยบอร์ดสื่อสารอินเวอร์เตอร์แบบผูกกับกริดเข้าสู่การผลิต หรือขณะทบทวนชุดประกอบที่มีอยู่เนื่องจากพบปัญหาการสื่อสารในสนามแบบไม่ต่อเนื่อง รายการตรวจสอบในระดับการประกอบที่ควรพิจารณามีดังนี้:
ตำแหน่งแพดของฝาครอบโลหะกำหนดค่าความเผื่อของจุดบัดกรีที่มุมทั้งสี่หรือเฉพาะความแม่นยำของตำแหน่งโดยรวมเท่านั้น?
มีการระบุให้ใช้ AOI แบบสามมิติ (ไม่ใช่แบบสองมิติ) สำหรับการตรวจสอบจุดเชื่อมต่อของฝาครอบโล่หรือไม่ โดยกำหนดเกณฑ์ด้านความสูง/มุม แทนที่จะตรวจแค่ความครอบคลุมเพียงอย่างเดียว?
มีขั้นตอนการทำงานซ่อมแซมที่เป็นเอกสารสำหรับการถอดและติดตั้งชิลด์แคนใหม่ ซึ่งแยกจากขั้นตอนการติดตั้งครั้งแรกหรือไม่
ความหนาแน่นของการเย็บต่อกราวด์ผ่านรูและความสม่ำเสมอของการชุบผิว มีแผนการตรวจสอบหรือแผนการสุ่มตัวอย่างที่กำหนดไว้หรือไม่ หรือถือว่าเพียงพอจากการทดสอบแผ่น PCB เปล่าเพียงอย่างเดียว?
ข้อมูลการเชื่อมต่อชิลด์และการทำงานซ่อมแซมถูกผูกกับหมายเลขประจำเครื่องของอุปกรณ์ในลักษณะที่สามารถดึงออกมาได้หรือไม่ หากผลการทดสอบ EMC แบบก่อนการรับรองกลับมาอยู่ในระดับเฉียดมาตรฐาน?
ปัญหา EMI ส่วนใหญ่มักถูกสืบย้อนกลับไปยังขั้นตอนการประกอบมากกว่าการออกแบบ ซึ่งโดยทั่วไปเกิดจากช่องว่างข้อใดข้อหนึ่งเหล่านี้ไม่ได้รับการจัดการในขั้นตอนกำหนดกระบวนการ ไม่ใช่ในขั้นตอนแผงวงจร (schematic)
หากคุณกำลังนำบอร์ดสื่อสารของอินเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกริดเข้าสู่การผลิตและต้องการให้การควบคุมเหล่านี้ถูกผนวกรวมไว้ในกระบวนการประกอบตั้งแต่เริ่มต้นส่งรายละเอียดโปรเจกต์ของคุณเพื่อขอใบเสนอราคาและทีมวิศวกรรมของเราจะตรวจสอบความต้องการด้านการป้องกันสัญญาณรบกวนและการต่อกราวด์ของคุณเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการ DFM
แหล่งข้อมูลที่มีประโยชน์
•การประกอบ SMT ที่คำนึงถึง RF สำหรับโมดูลเกตเวย์ไร้สายอุตสาหกรรม: ข้อพิจารณาด้านอิมพีแดนซ์และการป้องกันสัญญาณ
•แผงวงจรชาร์จแบตเตอรี่ UPS และอุตสาหกรรม: การจัดการการประกอบกำลังสูงแบบผสม AC/DC
•กลยุทธ์การตรวจสอบด้วยเอกซเรย์และ AOI สำหรับแผงวงจรพาวเวอร์โมดูลกระแสสูง (PCBA)
•จะลด EMI ในการออกแบบเลย์เอาต์ PCB หลายชั้นได้อย่างไร?
•การออกแบบ EMC ของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ให้ประสบความสำเร็จตั้งแต่ครั้งแรก
