目前除了歐盟之外,世界各國並未對機器手臂的雜訊訂出管制規範。但相關規定很快就會制定完成,因此手臂製造商在開發下一代手臂時,必須開始認真看待產品的EMI問題。
針對頻段選擇適當的濾波器
在此次評估中,由於無法充分屏蔽來自DC-DC轉換器模組的輻射,因此我們無法確認安裝濾波器的效果。但是,選擇濾波器的要點有三個要點,分別是在欲抑制的頻段要有高的插入損失(Insertion Loss)、要有正確的額定電流、電壓規格,以及元件本身的尺寸、操作溫度範圍等。
在多數情況下,機器人的輻射雜訊容易在頻率30MHz至500MHz範圍之間發生問題,因此選擇針對該頻帶的雜訊濾波器將能獲得更好的效果。
到目前為止,我們已經介紹了使用市售多軸關節機器人進行輻射雜訊抑制的實驗例,但可以預期在其他種情況下雜訊也會成為問題。接下來,我們將介紹3個預期會發生機器人雜訊問題的事例。
DC-DC轉換器EVB傳導雜訊對策
CISPR11管制的傳導雜訊主要是測量洩漏到AC電源線的共模電壓,而傳導至AC電源線的雜訊大多是由DC-DC轉換器的開關所引起的。我們使用DC-DC轉換器的測試電路板,並在如圖7、圖8的測試環境與配置條件下,對雜訊進行了評估。
以下是測量到的傳導雜訊。在500kHz開關頻率的倍數頻率下觀測到了雜訊頻譜。其中包含了超出CISPR11 class A group1(工業環境)雜訊容許值的雜訊(圖9)。這個結果並不特殊,在大多數情況下,如果設備沒有針對由DC-DC轉換器的開關雜訊採取對策,基本上都會出現開關雜訊傳導至AC電源線的問題。因此,如果機器人也成為公共雜訊標準的規範對象,就需要對機器人採取預防雜訊傳導至AC電源線的對策。
為了將傳導雜訊抑制在符合規範的水準,我們對傳導雜訊進行了模態分離,以確認雜訊方向。這裡所說的雜訊分離指的是將電壓分離為差模電壓和共模電壓。這種模態分離是使用Delta-LISN來進行的。
如果詳閱CISPR雜訊規格,會發現其規定使用V型LISN,所以用三角型LISN測試的結果不能用來確定是否符合雜訊規範。機器人的雜訊規範尚在制定中,但很可能會使用V形LISN。不過,為了瞭解雜訊的傾向,我們使用的是Delta-LISN,而不是標準規範中使用的V型。
在進行模態分離後,我們發現差模雜訊在全頻帶都很大(圖10)。因此,需要使用能夠抑制差模雜訊的濾波器。在本案例中,差模雜訊占主要核心。因此即使使用共模扼流圈等只能控制共模的濾波器,也無法控制傳導雜訊。因此,我們必須使用專門針對差模的雜訊對策。
在本案例中,電源電路全頻帶的傳導雜訊均以差模為主。採用塊型EMIFIL(高電流、高衰減),例如由村田製作所提供的BNX029-01濾波器,即可控制此差模電壓。
LC的π型濾波器是控制150kHz~30MHz頻帶內差模電壓的代表性濾波器結構。例如,若想構成這種LCπ型濾波器,則可以用470uF的電解電容器和1mH的電感器來組成。另一方面,從節省空間、減少零件數量和高可靠性的觀點來看,電解電容器等元件並非機器人或其他電源的首選。因此,我們選擇塊型EMIFIL BNX029-01作為滿足上述要求的濾波器。透過將BNX插入DC線,我們成功地在全頻帶大幅抑制了差模電壓(圖11)。
我們使用預計會被應用於雜訊抑制的V型LISN測量了抑制雜訊前後的傳導雜訊。透過將BNX插入DC線路,我們能夠在全頻帶符合CISPR11的雜訊容許值要求(圖12)。將傳導雜訊進行模態分離並針對引起傳導雜訊的模態採取對策,能夠有效抑制雜訊。
藉由此法,不僅可以縮短抑制雜訊所需的時間,還能不回溯、直接選擇需要的濾波器結構。此外,由於可以根據資料而不是經驗和直覺等不確定資訊來抑制雜訊,因此無論使用哪種電源電路,都可以輕鬆抑制雜訊。
機器人雜訊強度將受管制 雜訊抑制對策勢在必行(1-2)