česky english Vítejte, dnes je čtvrtek 29. září 2022

Předběžné zkoušky shody zvyšují šance na úspěšnou EMC certifikaci

DPS 3/2011 | Měření - články
Autor: Dennis Handlon, Tomas Lange, Agilent Technologies

Firmám může bránit celá řada překážek v zaplňování mezer na trhu novými výrobky. Pro firmy, které se zabývají výrobou elektrických a elektronických zařízení, může být jednou z hlavních překážek elektromagnetická kompatibilita (EMC – Electromagnetic Compatibility). Shoda s elektromagnetickou kompatibilitou je ve většině zemí přísně sledována a všechny výrobky, které budou v příslušné zemi prodávány, musí dosáhnout plné shody s ustanoveními směrnice EMC.

Jelikož se posuzují až hotové výrobky, provádějí se zkoušky obvykle na závěr etapy vývoje. Pokud výrobek nevyhoví, ztratíte spoustu času tím, že vývojoví pracovníci musí najít problémy a odstranit je, a pak se musí provést znovu celý proces zkoušek shody.

Mnoho společností zvýšilo své šance na úspěch už při prvním pokusu tím, že do vývojové etapy zařadily předběžné zkoušky elektromagnetického rušení (EMI – Electromagnetic Interference). Nejúspěšnějším přístupem je provádění těchto zkoušek v několika fázích vývojové etapy: pokusné zapojení, laboratorní prototyp, výrobní prototyp a nultá série. I když tato měření nejsou rozhodující, jsou jejich kladné výsledky indikátorem dobrých šancí výrobku na dosažení plné shody s ustanoveními směrnice.

Podobně jako při zkouškách plné shody se i při předběžných zkouškách měří dva typy emisí: vyzařované a šířené po vedeních. Vyzařované emise představují vf signály, které zkoušené zařízení (EUT – Equipment Under Test) vyzařuje do okolního prostoru. Emise šířené po vedeních představují rušivé signály ve střídavých napájecích sítích připojených ke zkoušenému zařízení. Oba typy emisí jsou nyní mnohem obvyklejší, protože digitální taktovací kmitočty se přesunuly do oblasti řádově gigahertzů.

Právní rámec

Odpovědné organizace nebo úřady jsou v různých zemích nebo regionech různé. Například výrobky uváděné na trh v Evropě musí vyhovovat Evropským normám (EN), které vycházejí z doporučení výboru Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR), což znamená „Zvláštní mezinárodní výbor pro rádiové rušení“. Výbor CISPR byl založen v roce 1934 a je součástí Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC – International Electrotechnical Commission).

Regulační orgány v mnoha zemích využívají CISPR jako vodítko při schvalování místních požadavků. Další země využívají vlastní standardy: typickými příklady jsou Austrálie, Čína, Japonsko a Tchaj-wan. Některé země, včetně Mexika, začínají vytvářet standardy pro domácí a importované elektronické a elektrotechnické výrobky.

Doporučení CISPR 16-1-1 se týká měřicích přijímačů používaných při zkouškách EMC. Toto doporučení bylo nedávno přepracováno tak, aby zahrnovalo použití komerčních signálových analyzátorů pro některé testy podle norem EN. Odpovídající analyzátory musí být vybaveny určitými typy detektorů signálu, musí mít potřebné šířky pásma měření a musí být schopné měřit signály nízkých úrovní (vstupní citlivost).

Rozdíly mezi shodou a předběžnou shodou

Zkoušky plné shody se typicky provádějí v akreditovaných zkušebnách s kvalifikovaným personálem. Uvedené zkušebny musí mít přesně stanovené zkušební místo s volným prostorem (venkovní) nebo částečně bezodrazovou komoru (vnitřní); anténní stožár; točnu a přijímač vyhovující doporučením CISPR 16-1-1. Cena takto vybavené zkušebny je dosti značná a výsledné náklady na zkoušky shody jsou mnohokrát vyšší než náklady na předběžné zkoušky shody.

Když vývojoví pracovníci společnosti provádějí předběžné zkoušky shody, provádějí předběžné vyhodnocení v souladu s příslušnými normami. Tato měření sice poskytují jen aproximaci očekávaného elektromagnetického rušení (EMI), nicméně poskytují užitečná zjištění týkající se šancí na úspěšný průběh zkoušek shody.

Obrázek 1 uvádí typické přístroje používané při předběžných zkouškách shody. „Přijímač“ je vf/mikrovlnný signálový analyzátor se zabudovanou měřicí aplikací EMC. Základním příslušenstvím jsou umělá síť LISN, průchozí omezovač rušení a dva typy antén.

Obr. 1 Měřicí systém pro předběžné zkoušky obsahuje prvky potřebné pro kontrolu vyzařovaných a vedených emisí

Obr. 1 Měřicí systém pro předběžné zkoušky obsahuje prvky potřebné pro kontrolu vyzařovaných a vedených emisí

Měření při předběžných zkouškách

Pro vývojové pracovníky jsou velmi užitečnými nástroji signálové analyzátory, které měří v pásmu rádiových kmitočtů (vf) a mikrovlnném pásmu, a to zejména když jsou vybaveny vestavěnou měřicí aplikací, která zjednodušuje předběžné zkoušky EMI. Měření při předběžných zkouškách nejsou složitá. Ovšem před zkouškami je nutné zodpovědět několik zásadních otázek:

  • Kde bude výrobek prodáván?
  • Do které kategorie patří? Čtyři základní kategorie jsou: zařízení informační techniky; průmyslová, vědecká a lékařská zařízení (ISM); motorová vozidla nebo komunikační zařízení; kmenová zařízení (výrobky nespadající do ostatních kategorií).
  • Kde bude výrobek používán? Typickými kategoriemi jsou těžký průmysl, lehký průmysl, komerční firmy a domácnosti.

Odpovědi na tyto otázky určují příslušné normy. Například zařízení informační techniky, která se mají prodávat v Německu, musí vyhovovat normě EN 55022. V tabulce 1 jsou uvedeny příslušné normy CISPR, EN a FCC (US Federal Communications Commission), podrobné informace jsou k dispozici online na adrese www.iec.ch a www.fcc.gov.

Tabulka 1 Normy CISPR, EN a FCC používají odlišná označení pro podobné typy výrobků

Dalším krokem, který následuje po určení příslušných norem, je sestavení měřicího systému a provedení předběžného měření vyzařovaného a vedeného rušení. Měření vyzařovaného rušení je mnohem náročnější, protože se pro detekci signálu využívá anténa. Naopak sestava pro měření rušení šířeného po vedeních je jednodušší, protože se využívá trvalého propojení zkoušeného zařízení (EUT) a signálového analyzátoru.

Pokyny pro zkoušky vyzařovaného rušení

Při těchto zkouškách se měří a identifikují vf signály vytvářené zkoušeným zařízením (EUT). Všechna měření se musí provést pro všechny strany EUT, proto se zařízení umisťuje na točnu.

Základní zkušební sestava je uvedena na obrázku 2. Tyto zkoušky jsou poněkud složitější než zkoušky rušení šířeného po vedeních kvůli vlivu okolního prostředí, které obvykle obsahuje parazitní signály, které ovlivňují měření emisí. To je problémem zejména v městském prostředí, kde jsou okolní signály – mobilní telefony, Wi-Fi, rozhlas apod. – dostatečně silné, aby překryly vyzařování EUT.

Obr. 2 Měření vyzařovaného rušení vyžaduje alespoň jednu anténu

Obr. 2 Měření vyzařovaného rušení vyžaduje alespoň jednu anténu

Zkoušky jsou rychlejší a jednodušší, pokud se provádějí v částečně bezodrazové komoře. Komora utlumí nechtěné externí signály a omezí signály z okolí jen na ty, které vytváří zařízení v komoře.

Pokud není komora k dispozici, může k přesnému určení signálů z okolí pomoci několik jednoduchých postupů. Například, nejjednodušším způsobem je vypnout EUT a určit signály, které zůstaly na displeji signálového analyzátoru. Jiný přístup: použití točny. Otáčejte EUT a sledujte problematické signály. Protože se EUT otáčí, měla by se měnit amplituda signálů generovaných EUT a pro signály z okolí by naopak měla být konstantní.

Poněkud propracovanější metoda využívá dvě antény. Jedna je umístěna ve vzdálenosti od EUT předepsané zkušební normou a druhá je umístěna ve vzdálenosti dvakrát větší. Obě antény jsou připojeny ke vstupům vf/mikrovlnného přepínače, jehož výstup je připojen na vstup signálového analyzátoru. Přepínání antén umožní odlišit signály z okolí a signály vytvářené EUT: signály s relativně stálou amplitudou pravděpodobně pocházejí z okolí a signály, jejichž amplituda měřená vzdálenější anténou je o 6 dB menší, pravděpodobně vytváří EUT.

Pokyny pro zkoušky rušení šířeného po vedeních

Tyto zkoušky odhalí signály vytvářené zkoušeným zařízením (EUT), které se šíří po vedení střídavé napájecí sítě, k níž je EUT připojeno. Jak už bylo uvedeno dříve, tato měření se provádí s využitím trvalého propojení mezi EUT, omezovačem a signálovým analyzátorem (obrázek 3).

Obr. 3 Měření rušení šířeného po vedeních se provádí při trvalém propojení

Obr. 3 Měření rušení šířeného po vedeních se provádí při trvalém propojení

Několik pokynů vám může pomoci získat rozumné výsledky. Například napájecí kabel mezi umělou sítí LISN a EUT by měl být co nejkratší. Dlouhé kabely fungují jako anténa a mohly by do měření vnést signály z okolí. Užitečná může být i následující poněkud si protiřečící rada: feritové filtry na napájecím kabelu nejsou vhodné, protože mohou potlačovat soufázový signál z EUT. Naměřené úrovně pak budou nižší než skutečné.

Pokyny pro diagnostiku potíží

Zkoušky rušení šířeného po vedeních a vyzařovaného rušení by měly poskytnout dostatek informací pro rozhodnutí, zda je výrobek připraven pro zkoušky plné shody, nebo zda je nutné jej vrátit na vývojové pracoviště pro diagnostiku potíží a změny konstrukce. Pokud je potřeba diagnostika, může být užitečný následující postup.

Základními nástroji je signálový analyzátor a sonda pro blízká pole (obrázek 4). Pro určení problematických kmitočtů poslouží uložené výsledky zkoušky. Signálový analyzátor je nutné přepnout do režimu „spektrální analýza“ a sonda se použije pro skenování zkoušeného zařízení (EUT) a pro lokalizaci zdrojů signálů, které působí potíže. V místech, která vytvářejí signály největší amplitudy, byste měli naměřený průběh uložit do interní paměti analyzátoru.

Obr. 4 Po připojení sondy pro blízká pole se signálový analyzátor změní na informativní diagnostický nástroj

Obr. 4 Po připojení sondy pro blízká pole se signálový analyzátor změní na informativní diagnostický nástroj

Ve většině případů bude podstatné omezení nechtěných signálů vyžadovat změnu komponent, přepracování uspořádání obvodu nebo doplnění stínění. Po provedení změn byste měli EUT proměřit znovu ve stejné měřicí sestavě. Může znovu načíst dříve uložené průběhy a porovnat je s novými výsledky. Zlepšení ve výsledcích pro blízká pole poskytnou obdobně zlepšené výsledky i pro daleká pole.

Závěr

Úspěšný výsledek předběžné zkoušky shody signalizuje úspěch i při zkoušce plné shody už na první pokus. Konstruktéři budou těžit z výhod použití signálového analyzátoru se zabudovanými měřicími aplikacemi určenými pro zkoušky odrušení (EMI). Tento přístup v zásadě umožňuje vývojovým pracovníkům provést rychle informativní předběžné zkoušky shody a pak se vrátit k hlavnímu úkolu: dokončení nového výrobku. Firmě to zvýší šance na zaplnění mezery na trhu novým výrobkem.

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik