סקירה כללית של פליטות התנהגות

כל מוצר בשוק נדרש לעמוד ב תקנות EMC המגדירים את הגבולות העליונים לפליטה מתבצעת ומוקרנת.

פליטות מבוצעות הם הרעש רכיבים שנוצרים על ידי מכשיר או תת מעגל ומועברים למכשיר או מעגל משנה אחר באמצעות כבלים, PCB עקבות, מטוסי כוח / קרקע או קיבול טפילי. יש לשמור על פליטות המתנהלות המופיעות בממשק ובכבלי החשמל, או שהן יכולות להתפשט דרך כבלים ולהגיע להתקנים אחרים ולגרום להם לבעיות.

פליטות מוקרנות הם הרעש רכיבים שכל המערכת מייצרת כשדה אלקטרומגנטי, כך שהיא יכולה להתפשט דרך האוויר ולהגיע למכשירים אחרים.

מהנדסים יודעים כי התפשטות האות דרך כבלים מתרחשת ללא השתקפות כאשר אורך הכבל קצר בהרבה מאורך הגל של האות (תדר נמוך). זו הסיבה שפליטות מבוצעות נחשבות לנושא בתדרים נמוכים, כאשר ניתן לשקול מודל גוש למדיום התפשטות האות.

נהפוך הוא, כאשר אורך הכבל ארוך בהרבה מאורך גל האות (תדר גבוה), התפשטות האות לאורך הכבל תתרחש ללא השתקפות רק אם ניתן התאמת עכבה לאורך נתיב האות. במקרה זה, ניתן לנתח את ההתפשטות דרך המוליכים כ- מודל מבוזר (תיאוריית קו השידור), אך בעולם האמיתי, מערכות מציגות לעתים קרובות מוליכים (כבלים ו מעגל עקבות) שאינם מתוכננים כקווי שידור לתדרים גבוהים. מוליכים כאלה יכולים בקלות להקרין אותות כשדה אלקטרומגנטי מכיוון שהם מתנהגים בצורה דמוית אנטנה במקום בקו שידור. זו הסיבה שפליטות קרינה נחשבות לבעיה עבור תדרים גבוהים.

כלל האצבע הנפוץ של מעצבים הוא לשקול את אורך מוליך קריטי המפריד בין ההתנהגות הגושית לבין ההתנהגות המבוזרת באופן הבא:

L_קריטי= λ /6

 

איור 1. מערכות גושות לעומת מערכות מבוזרות.

 

הטבלה הבאה מציגה את אורך הגל של תדרים שונים, את האורך הקריטי המשויך, את המבנים שמימדיהם האופייניים דומים לאורך הקריטי וסוג הפליטות שנוצר בדרך כלל:

 

טבלה 1. שיטות התפשטות פליטות אופייניות לתדרים שונים.

באופן מקובל נקודת השבר בין הפליטה המתבצעת לקרינה נקבעת על 30MHz, כאשר אורך הגל (באוויר החופשי) הוא כ -10 מטר והאורך הקריטי הוא כ- 1.7 מטר.

תקנות EMC מיועדות למדוד את הפליטה ממכשירים ומהכבלים שלהם (מה שמכונה EUT - ציוד הנבדק). בהתחשב בכך שהממדים האופייניים של התקנים וכבלים נלווים הם עד 1.5 מטר, הטבלה שלעיל מראה כי פליטת קרינה מהם יכולה להתרחש רק בתדרים מעל 30 מגה-הרץ, כאשר ממדי המוליכים שהם חלק מה- EUT יכולים להיות ארוכים בערך מה אורך קריטי. בתדרים מתחת ל -30 מגה-הרץ, הפליטה המוקרנת אינה מתרחשת באופן משמעותי ובדרך כלל, מתבקש לבדוק את ה- EUT רק לגבי פליטות שנערכו.

 

בדיקת פליטות מבוצעות

ההתקנה האופיינית לבדיקת פליטה שנערכה מה- EUT דורשת את הפעולות הבאות:

• מקלט EMI או מנתח ספקטרום (מתאים לציות מראש)
• LISN (רשת ייצוב עכבת קו)
• מטוס קרקע - ה- EUT, ה- LISN והמקלט מונחים ומחוברים למישור הקרקע.

 

איור 2. הגדרת בדיקת פליטות בסיסית.

 

ה- LISN הוא מכשיר בעל שלוש יציאות המחובר ל- EUT, למקלט ולספק החשמל.
מטרת ה- LISN היא לספק עכבה סטנדרטית ב- RF על פני נקודת המדידה של ה- EUT. ה- LISN מצמד את נקודת המדידה של ה- EUT למקלט ומחלל (מבטל למעשה) אותות הפרעה לא רצויים המגיעים מאספקת החשמל, במטרה למנוע מהאותות כאלה להשפיע על ביצוע הבדיקה.

ישנם סוגים שונים של LISN לניתוח DC, חד פאזי או תלת פאזי AC. הסוג הנפוץ ביותר מוגדר ב-CISPR 16-1-2 ומציג ל-EUT עכבה שווה של 50Ω במקביל ל-50uH + 5Ω על פני כל קו לאדמה. היא נקראת סוג "רשת V" לאספקה ​​חד פאזי, מכיוון שהעכבה המיוצבת מופיעה על פני כל זרוע של ה"V", בין קו או חיבור נייטרלי לחיבור הארקה.

 

איור 3. LISN מעגל עבור כל שורה של "רשת V"

איור 4. עכבה לעומת תדירות במסופי EUT. תמונה באדיבות מדריך למשתמש של Tekbox - TBLC08.

 

יש להשוות את הרעש הנמדד עם המקלט למגבלות הרעש הקבועות בתקנות EMC. במקרה של מכשירים חד פאזיים, יש לחזור על מדידות הרעש עבור כל קו (פאזה ונייטרלית).

 

איור 5. LISN חד פאזי 9KHz-30MHz מיצרנים שונים. תמונה באדיבות NARDA ו- Tekbox.

במערך הבדיקה הבסיסי שהוצג לעיל, מישור הקרקע ממלא תפקיד מהותי בתקינה של סביבת הבדיקה, מכיוון שלרוב חלק מהרעש המתנהל יכול להיות מושפע מפרמטרים טפיליים, כפי שהוסבר טוב יותר בהמשך.

מקלט ה- EMI הוא מכשיר ספציפי המיועד לבדיקת EMI, כמו ה- LISN. זה שונה ממנתח ספקטרום כללי עבור היבטים שונים שלא נכללו במאמר זה, אך כרעיון ראשון, הוא יכול להיחשב כמנתח ספקטרום עם תכונות ספציפיות לבדיקת EMI:

• סרוק פרמטרים בהתאם לתקנות EMC העולמיות (כלומר זמן אחיזה, רוחב פס ברזולוציה (RBW), גלאי וכו ')
• ביצוע אוטומטי של הבדיקה עם שליטה ב-LISN ומעבר בין שלבי קו במקרה של אספקת AC (חד פאזי או תלת פאזי)
• ממשק תוכנה לתצוגת סריקה, תצורה ושמירה של תוצאות הבדיקה

 

איור 6. מקלט EMI. תמונה באדיבות NARDA

מנתח ספקטרום יכול להוות תחליף פחות יקר עבור מקלט ה- EMI בעת ביצוע בדיקות טרום תאימות של מוצרים במהלך התכנון והאימות. ניתן לרכוש התקנת בדיקה מלאה לפני ציות (LISN + מנתח ספקטרום + מטוס קרקע) בפחות מ -2000 דולר, מחיר סביר גם עבור חברות קטנות. תמורת עלות כה מוגבלת ניתן לבצע סריקה של פליטות שנערכו ממוצר, לגלות פליטת רעש מוגזמת ולבצע תיקונים לפני שניגשים למעבדת בדיקה מוסמכת לבדיקת התאימות הסופית.

 

ישנם מספר רב של גופי שלטון המסדירים את רמות הפליטה המופקות של דו-מוצרים. גוף התקינה העולמי הוא חברת החשמל (הוועדה הבינלאומית לאלקטרוטכניקה).

ברמה אזורית, ישנם גופים שונים המספקים יישום מקומי של תקנות המבוססות על תקני EMC שפורסמו על ידי חברת החשמל: בארצות הברית התקנות הנפוצות ביותר בנושא פליטות מונפקות על ידי FCC (ועדת התקשורת הפדרלית), ואילו באירופה הן שהונפקו על ידי ארגוני CEN / CENELEC.

הטבלה הבאה מציגה את תקני המוצרים העיקריים לפליטה מתבצעת ומוקרנת:

 

תחום מוצרים	תקן EN	תקן אמריקאי
ציוד מולטימדיה (MME)	EN 55032	FCC חלק 15
ציוד תעשייתי, מדעי ורפואי (ISM)	EN 55011	FCC חלק 18
ציוד תאורה	EN 55015	FCC חלק 15/18

טבלה 2. תקני מוצרים עיקריים לפליטה מתבצעת ומוקרנת

כל תקן פותח כדי להסדיר מונחים, שיטות בדיקה ומגבלות לפליטה מתבצעת ומוקרנת. כדוגמה אנו יכולים לבחון את התקנים EN 55032 ו- FCC חלק 15.

השמיים תקן EN 55032 מסדיר באירופה את פליטת האותות המתבצעת והקרינה בטווח התדרים בין 9 קילוהרץ ל -400 GHz עבור מולטימדיה): ציוד בעל מתח אספקת RMS מדורג שלא יעלה על 600 וולט המכשירים מחולקים לשתי מחלקות:

 

• מחלקה B (מסחרי): זה חל על מכשירים המשמשים בסביבות מגורים ובית. עליהם להיות בעלי פליטות מתחת למגבלות הפליטה הנמוכות יותר שהוגדרו עבור Class-B.
• כיתה א (תעשייתי): זה חל על כל המכשירים החורגים ממגבלות Class-B. במקרה זה על המכשיר להיות בעל פליטות מתחת לגבולות שהוגדרו עבור Class-A ועלול לגרום להפרעה באזורי המגורים, ולכן על מדריך המכשיר לכלול הודעת אזהרה. 
  

  

  איור 7. EN 55032 מגבלות פליטה של ​​Class A ו- Class B נערכו. תמונה באדיבות טקסס אינסטרומנטס.

   

  באופן דומה, מוצרים המיועדים לשוק האמריקאי חייבים להיות תואמים למגבלות שוות שנקבעו על ידי תקן FCC חלק 15, סעיף קטן ב '(רדיאטורים לא מכוונים), סעיף 15.107 (מגבלות שבוצעו), כאשר מגבלות הפליטה המתבצעות שוות ערך לאלו המופיעות ב- EN 55032. כמו כן בחלק FCC חלק 15 ההתקנים מחולקים לשתי סוגים:

  • מחלקה B: מכשירים דיגיטליים המשווקים לשימוש בסביבת מגורים על אף השימוש בסביבות מסחריות, עסקיות ותעשייתיות.
  • כיתה א: מכשירים דיגיטליים המשווקים לשימוש בסביבה מסחרית, תעשייתית או עסקית; בלעדי מכשירים המשווקים לשימוש הציבור הרחב, או מיועדים לשימוש בבית.