标准规范下载简介
GB／T 39004-2020 工业机器人电磁兼容设计规范.pdf5工业机器人电磁兼容设计框架
图1工业机器人的构成示意图
GB/T39004—2020
图2工业机器人电磁兼容设计章条对照图
工业机器人的示教器可以由机器人制造商自行设计或采购。其电磁兼容指标要求见6.2DB11／T 1620-2019 建筑消防设施维修保养规程，电磁 计要求见6.3
6.2示教器电磁兼容技术指标要求
对于外购的示教器，工业机器人厂家宜采用设置电磁兼容指标的形式，对采购的示教器的电磁兼容 水平加以控制，其电磁兼容指标要求见表1。 示教器宜选用制造厂商推荐的典型工作状态，参照台式设备进行布置，并运行制造厂商规定的 功能。 在进行抗扰度试验时，表1中给出的性能判据应参照GB/T17799.2进行
示教器PCB板的工作地与金属壳体之间的互连
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示教器PCB板的工作地与金属壳体（包括连接器金属壳）之间的互连应满足以下要求： a）对于SELV电路，PCB板的工作地与金属壳体之间在连接器附近直接等电位互连； b）对于非SELV电路，PCB板的工作地与金属壳体之间在连接器附近则通过Y电容与金属壳体 连接。
6.3.2.5示教器内不同PCB板之间的工作地的互
的互连，当高速信号电流经过互连排针/排线时会产生压降。针对PCB板之间的工作地互连宜采用如 下方式： a）连接器中的地与连接器的金属外壳在互连线的两端直接相连或通过电容相连； b）或对于排线扁平电缆或类似互连电缆有地平面存在； ）或通过长宽比小于5的金属体互连
示教器内部PCB互连信
PCB互连信号是产品抗十扰性能最薄弱的环节，如果PCB板之间互连线两边的工作地未通过低阻 亢的金属体进行互连，就意味着干扰电流一定会流经互连排线/针，则应对互连连接器中所有信号进行 滤波处理。 PCB板上的周期性信号（如时钟/PWM信号等）的回流，在流经互连排线/针时，就会产生EMI共 模压降，产生EMI问题。PCB板之间的互连 信号或PWM信号
6.3.2.7示教器壳体各个金属部件之间的搭接（考虑阻抗与缝隙处理）方式
示教器的壳体应是一个完善的屏蔽体，为此应： a）屏蔽体各金属表面之间实施面与面的连接。 b）屏蔽体中各金属体长宽比小于3：1。 c）孔缝的最大尺寸不超过以下两种情况下的最小尺寸： 1）电路最大工作频率波长的1/100； 2）当这个屏蔽体有共模十扰电流流经时，小于0.15m d）严禁屏蔽电缆不与屏蔽体连接直穿屏蔽体（此时，电缆屏蔽层应与屏蔽体做360°搭接）。
如图3所示输入回路面（回路H)与和后续回路（回路K)之间的耦合，他们在信号传输时会产生互 感，当流向地平面的干扰电流经过此互感后，会形成压降，并对外进行干扰。 为了使互连电感最小，示教器设计时，回路H面积应趋于零。 注：回路面积越大寄生电感越大，大的电感将阻搭于扰电流的泄放
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示教器防ESD击穿设计
图3输入回路与和后续回路之间的耦合
对于非金属外壳的示教器，示教器的可接触表面与内部的任何金属体之间宜具有足够的爬电距离 金属体可接触表面之间沿绝缘体表面的最短距离），如6mm爬电距离，壳体可承受土8kV的空气放 电，10mm爬电距离，壳体可承受土15kV的空气放电
6.3.2.10示教器电路板设计
示教器电路板设计见第9章。
示教器电路板设计见第9章。
工业机器人控制柜电磁兼容设计需要考虑关键零部件系统集成的电磁兼容性，其电磁兼容要求见 7.2。 工业机器人的控制柜中开关电源、控制器、伺服驱动器等关键零部件，应满足7.3的电磁兼容要求。 控制柜电磁兼容设计要求将会提升工业机器人控制柜的电磁兼容性，若设计时只采用部分内容，这 将存在控制柜通不过电磁兼容测试的风险
7.2控制柜系统电磁兼容设计要求
7.2.1控制柜内电缆
电缆中传输的信号和能量，能在其附近产生电磁场。同时电缆也会从周围的环境中吸收电磁信号， 并将其传输给设备，是辐射干扰的主要来源，也是电磁干扰的接收器。 控制柜内的电缆根据电缆上的信号共分为4类（如有），分别为： a）敏感信号线：EtherCAT通信线、CAN/Modbus信号线、编码器信号线、示教器通信线缆（常与 示教器电源线共同组成线束）； b） 带快速开关切换的功率信号线：电机动力线（含三相电源线和抱闸信号线）、PWM信号排线； C 电源线：控制柜供电线缆、同服驱动器供电线缆、各模块供电电缆（典型为24V，有主控模块供 电、通信模块供电、I/O模块供电、安全模块供电等，上述模块在有些控制柜中是分立供电、有 些控制柜中是合并供电）； d）一般信号线：指示灯/按键相关线缆、风扇控制信号线（常与风扇电源线共同组成线束）、驱动 控制信号线（与功率模块之间的信号连接，常与PWM信号线共同组成线束）、驱动控制上位机 接口1/O信号线（除通信总线外的硬件连接线）
7.2.2控制柜内电缆加装EMC装置
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电缆中的EMC装置是放置在电缆上用来增加电缆共模阻抗或旁路共模电流的装置，如套在线缆 上的铁氧体磁环、串联在线缆上的滤波器等， 控制柜内电缆应根据表2中的分类，对于其中敏感信号线和快速开关功率信号线，应考虑加装 EMC装置，并采用屏蔽电缆。
表2电缆EMC装置要求表
控制柜输出的动力电缆、编码器电缆宜采用屏敲 采用屏蔽电缆时，其屏蔽层在输入和输出端口处，应与接地的金属板或金属连接器外壳形成360 搭接。 对于浮地关键零部件，其屏蔽电缆应与公共地360°搭接 屏蔽电缆在穿过屏蔽壳体时，电缆屏蔽层应与屏蔽体形成360°搭接
7.2.4控制柜内关键零部件接地
为使流经关键零部件的共模干扰（电流）就近流向大地，关键零部件接地要求如下： a）零部件的壳体应就近与控制柜金属壳体低阻抗连接； b）接地采用接地导体时，其长宽比应小于3：1
7.2.5控制柜内电缆间串扰
表2所述各类线缆之间应有串扰抑制措施，以有效降低各类电路之间通过寄生参数传递的十扰信 号，不同电缆之间是否需要串扰抑制见表3。
表3不同类型电缆之间的串扰抑制需求
表3中电缆之间需要串扰抑制处理的，其措施方法有 电缆间距离宜在0.3m以上，如动力电缆和编码器电缆在控制柜内部走线时，宜保持与内部数 据控制电缆0.3m以上； 线缆间垂直布线； c）相邻两条平行布置的电缆，至少其中有一条为屏蔽电缆
7.2.6控制柜系统地阻抗或壳体金属部件间阻
控制柜系统的地阻抗是一个完善的屏蔽体的各金属部件之间的阻抗，为满足控制柜壳体的屏蔽性 能要求，应考虑如下内容： a）控制柜各金属表面之间实现完整、连续的低阻抗搭接； b） 各金属体长宽比都小于5：1； 控制柜壳体上孔缝的最大尺寸不应超过以下两种情况下的最小尺寸； 1）电路中有源器件的最大工作频率波长的1/100； 2）当这个屏蔽体有共模干扰电流流经时，其孔缝小于0.15m
电缆与参考地或天地组成的环路面积直接与电缆的辐射发射天小相关，环路面积越天辐射越 ，环路面积越大，也越容易耦合外部的电磁场，在电缆中感应较高的共模电压和共模电流。 控制柜内部电缆设计时，电缆与参考地或大地之间组成的环路面积应趋近于零，为满足以上要求 宜靠近控制柜壳体走线
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工业机器人的本体电磁兼容设计需要考虑关 集成的电磁兼容性，其电磁兼容要求见 8.2。 工业机器人的本体中伺服电机、编码器等关键零部件，应满足8.3的电磁兼容要求
8.2工业机器人本体系统电磁兼容设计
连接到本体的动力电缆、编码器的输入端口宜放置在靠近本体壳体处， 采用屏蔽电缆时，其屏蔽层在输人和输出端口处，应与接地的金属板或金属连接器外壳形成360 搭接
8.2.2本体内关键零部件接地
为使流经关键零部件的共模干扰（电流）就近流向大地，关键零部件接地要求如下： a）零部件的壳体应就近与控制柜金属壳体低阻抗连接； b）接地采用接地导体时，其长宽比应小于3：1。
8.2.3本体内电缆间串扰
本体内电缆之间宜进行串扰抑制处理，其措施方法如下： a）线缆间宜尽可能远布线； b）线缆间垂直布线： c）相邻两条平行布置的线缆.至少其中有一条为屏蔽电缆
8.2.4本体系统地阻抗或壳体金属部件间阻抗
本体系统的地阻抗是一个完善的屏蔽体的各金属部件之间的阻抗，为满足本体壳体的屏蔽性能要 求，应考虑如下内容： a 本体各金属表面之间实现完整、连续的低阻抗搭接； b 各金属体长宽比都小于5：1； 本体壳体上孔缝的最大尺寸不能超过以下两种情况下的最小尺寸： 1）电路中有源器件的最大工作频率波长的1/100； 2）当这个屏蔽体有其模士扰电流流经时，县礼缝小士0.15m
8.2.5本体内线缆环路
接与电缆的辐射发射大小相关，环路面积越大辐射越 样，环路面积越大，也越容易耦合外部的电磁场，在电缆中感应较高的共模电压和共模电流 本体内部电缆设计时，电缆与参考地或大地之间组成的环路面积应趋近于零。为满足以上要求 宜靠近控制柜壳体走线
8.3本体内关键零部件电磁兼容设计要求
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部件的电磁兼容水平加以控制，其电磁兼容指标要求见表5
8.3.2本体内关键零部件设计要求
8.3.2.1本体内关键零部件机械架构设计要求
8.3.2.1.1概述
8.3.2.1.2本体内关键零部件壳体接地
为了让共模干扰（电流）就近流向大地，避免共模电流流经产品内部PCB的工作地平面或， 等内部互连电缆，因此机器人本体应有接地 地直接搭接
8.3.2.2本体内关键零部件电路板设计
本体内关键零部件的电路板设计见第9章
机器人的PCB电磁兼容
9.2基于PCB原理图部分的电磁兼容设计
9.2.1PCB中A区域电磁兼容设计
PCB中A区域的电磁兼容设计要求是： a）若其中电路相连的I/〇电缆为非屏蔽线，那么这些信号端口处应具有滤波电容； b）当端口需要通过浪涌测试时，还应增加对应等级的浪涌保护电路； c）一般不准许这类电路直接延伸到芯片端口。 注：滤波电容不能影响信号质量。 滤波与防护电路是介于A区域与D区域之间的，也是为了保护D区域电路，使其不受外界干扰的影响。 滤波与防护电路的电磁兼容设计要求： a）端口信号线或敏感信号/电路上滤波在不影响信号质量的情况下，通常采用1nF～100nF范 围内的电容。当不能使用电容滤波时，建议使用共模电感。如果后一级电路电平在10mV以
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下，则采用LC，RC或多级滤波。 b）具有开关电源的电源端口采用EMI滤波。 表6是金属壳体及带接地线塑胶壳体产品电源端口EMI抑制推荐滤波电路，表7是塑料壳体产品 电源端口EMI滤波电路理想模型
带接地线塑料壳体产品电源端口EMI抑制推荐
塑料壳体产品电源端口EMI滤波电路理想模
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9.2.2PCB中B区域和C区域电磁兼容设讯
.2.2.1B区域电磁兼容
PCB中B区域的电磁兼容设计 求是对以下敏感信号线/电路进行电容滤波： 高输人阻抗的信号线： b) 低电平模拟信号线； C 外部中断信号线； d）复位信号线
9.2.2.2C区域电磁兼容设讯
PCB中C区域的电磁兼容设计要求是： a）芯片电源应进行去耦，去耦的要求如下： 1）芯片的每个电源管腿至少有一个去耦电容； 2）PWM功率电路供电电源的电源与地之间至少有一个去耦电容； 3） 去耦电容的大小通常由器件的工作频率决定。当频率小于20MHz，采用0.1uF的去耦 电容，主频超过20MHz的电路中，采用0.01uF（甚至0.001uF）的去耦电容。 b）时钟线、高速信号线、PWM信号线等其他周期信号线采取的串扰防止的方法，可采用包地处 理的方式进行处理。 c）此类区域电路同时也是A区域电路时，则连接的电缆需要进行屏蔽处理。 注：PCB中数学电路内部芯片的电源管腿与PCB的电源网络之间的电路及PCB中PWM功率电路供电电源的电 源与地之间（如开关电源中的储能电容）的电路通常具有去耦作用
9.2.3PCB中D区域电磁兼容设计
PCB中D区域内悬空的金属、一端与电路相连另一端悬空的信号线或线缆应进行直接接地或通过 电阻接地处理，未用到的元器件（如多组封装器件中未用的与非门、二极管、LED等）引脚输人端直接或 通过电阻接电源或接地，输出端悬空不连接。
CB中隔离电路电磁兼容
当隔离器件（如光耦、变压器、继电器）存在时，隔离电路电磁兼容设计要求如下： a）被分割在主电路之外的地平面需要通过Y电容旁路到地，不应有悬空的地平面。特别是I/C 端口被隔离的地平面，如光耦、变压器、继电器隔离的地。Y电容容值范围为1nF～10nF。 b 隔离的AC/DC或DC/DC开关电源的初级OV与次级所有的地之间需要接Y电容， 注：虽然该Y电容在抑止EMI方面取得很好的效果，但是由于该电容的存在必然会导致外界共模电流通过该电容 进人变压器次级，这一点值得注意。（变压器初次级间的寄生电容已经足够大，也会使外界的共模干扰电流进 人变压器次级）尽管如此，没有特殊原因该电容宜保留
9.3PCB布局布线电磁兼容设计
良好的布线会防止PCB中不同区域之间可能存在串扰的影响。 串扰防止是有效降低各类电路之间的干扰信号通过寄生电容或电感传递的有效方法，PCB中各 路之间的串扰防止的需求表见表8。
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表8不同区域电路之间的串扰防止要求
PCB中不同区域防止串扰的方法如下： a）印制线间距离在5mm以上； b）相邻层之间垂直布线； c）带0V地平面，并印制线之间插人屏蔽地线，并将屏蔽地线用多个过孔与地平面互连 d）不同层之间有地平面隔离
PCB布局设计也认为是地平面设计的一部分，PCB层叠的理想模型接层数分，有如下儿种 a）四层PCB板层的层叠排布设计见表9，其中优选方案1，可用方案3； b）六层PCB板层的层叠排布设计见表10,其中优选方案3，可用方案1，备用方案2、4。
四层PCB板层的层排
注：方案1为四层PCB的首选层置方案，在元件面下有一地平面，关键信号优选布第一层
表10六层PCB板层的层排布方式
从EMC方面考虑，除非2层板也能设计出较为完整地平面，否则最好采用带有地层和电源层的 层以上的PCB板。2层板通常地平面很难设计完整。如果使用2层板，那么工程师者要特别注意地平 面的设计。 注：实践证明，4层板与2层板相比，4层板能取得高于2层板100%的EMC性能（注意：4层板以上，并非层数越多 越好）。 其他情况下，PCB布局需考虑： a）元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面：
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b）所有信号层尽可能与地平面相邻； c）尽量避免两信号层直接相邻； d 主电源尽可能与其对应地相邻；
9.3.3PCB中地平面电磁兼容设计
PCB完整的地平面将降低地阻抗。完整地平面意味着一块没有任何过孔、开槽、裂缝长宽比小于3 的PCB铜箔。PCB中地平面应考虑： a）PCB具有地平面； b）以下几个区域电路还需要有完整的地平面： 1）PWM信号线和时钟线下方； 2）端口上的滤波器电容、芯片去耦电容、旁路电容与地之间的互连线
9.3.4信号层和电源层的边缘处理
PCB板边缘的印制线或电源线会与PCB板之外的参考地之间形成较大的寄生电容，造成额外的共 模回路，PCB中信号层和电源层应考虑： a）信号层和电源层在PCB边缘增加屏蔽地线或铺铜； b）时钟线、PWM线等周期高速信号线不应布线在PCB板的地层边缘； c）敏感信号/电路不应布线在PCB板边缘
10.1电磁兼容性测试方法
应用本标准进行电磁兼容设计的工业机器人，其电磁兼容设计结果可参考工业机器人电磁兼容 果,测试方法见GB/T 38326和 GB/T 38336
工业机器人EMC设计过程及结果记录在设计文档中，该文档应至少包括以下内容： 工业机器人的品牌、规格、型号等产品相关信息； 采用的设计要素； 设计要素在产品中的体现形式； 本标准进行了规定但在产品设计中未考虑的要素及其原因； 设计过程中的其他相关记录，如所采用的设计要素的变更等； 电磁兼容设计的结果（可以是具体的测试结果）。
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附录A （资料性附录） 工业机器人EMC设计的关键要素
工业机器人通常由示教器、控制柜、机器人本体和连接线缆构成，其EMC设计一般应考虑电磁骚 扰源、电磁耦合路径及电磁敏感部件三项关键要素
DB15T 353.11-2020 建筑消防设施检验规程 第11部分：消防电话系统.pdfA.2工业机器人电磁骚扰源
工业机器人电磁骚扰源主要是高频信号或非线性结构的电子电气零部件，其中高频信号主要 电路、驱动电路和通信电路等产生，电子电气零部件主要包含上位机、电机、示教器和供电电源等
A.3工业机器人电磁耦合路径
工业机器人电磁耦合路径包括两种模式：传导耦合和辐射耦合。 传导耦合是指一个设备中电压/电流变化通过电源线缆、信号线缆及其他导电结构传导并影响其他 设备的耦合模式。如，工业机器人通过电源线对交流电网的干扰， 辐射耦合是指通过空间传播，并对其他设备电路产生电压/电流变化的耦合模式。如，工业机器人 同服系统对无线通信产生的干扰。 当骚扰源频率较低时，主要通过传导方式进行耦合：但骚扰源频率较高时，则主要以辐射方式对外 发射。 瞬态骚扰，主要包括各类快速脉冲瞬变、各类浪涌、静电放电等，它既有可能通过传导方式传递，也 有可能通过辐射方式传递
A.4工业机器人敏感部件
工业机器人敏感部件包括：电机驱动电路、控制电路、通信电路、示教器、传感器等
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cad2008完美全套教程1]GB/T7343一2017无源EMC滤波器件抑制特性的测量方法