Τι Διεξάγονται Εκπομπές;

Η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC) διασφαλίζει ότι οι ηλεκτρονικές συσκευές μπορούν να λειτουργούν σε κοινόχρηστο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον χωρίς να προκαλούν ή να βιώνουν παρεμβολές. Οι εκπομπές που διεξάγονται είναι ένα κρίσιμο υποσύνολο ΗΜΣ ⁇ ανεπιθύμητος ηλεκτρικός θόρυβος που πολλαπλασιάζεται κατά μήκος αγώγιμων διαδρομών όπως γραμμές ισχύος, καλώδια σήματος και συνδέσεις εδάφους. Σε αντίθεση με τις ακτινοβολημένες εκπομπές, οι οποίες ταξιδεύουν μέσω του διαστήματος, οι εκπομπές ταξιδεύουν μέσω ενσύρματων διεπαφών και συνήθως μετρούνται στο φάσμα συχνοτήτων των 150 kHz έως 30 MHz για εμπορικό και βιομηχανικό εξοπλισμό. Αυτές οι διαταραχές μπορούν να διαταράξουν την απόδοση κοντινών συσκευών, να προκαλέσουν φθορά δεδομένων, ή ακόμη και να οδηγήσουν σε αστοχίες του συστήματος. \" κατανόηση της φύσης, η μέτρηση και ο μετριασμός των αγώγιμων εκπομπών είναι απαραίτητος για τους μηχανικούς που σχεδιάζουν συμμορφούμενα και αξιόπιστα προϊόντα.

Βασικά πρότυπα και κανονισμοί

Οι ρυθμιστικοί φορείς παγκοσμίως θέτουν όρια στις εκπομπές που διεξάγονται για την προστασία του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

  • CISPR 22 / CISPR 32 ⁇ Διεθνή πρότυπα για εξοπλισμό πληροφορικής και συσκευές πολυμέσων.
  • FCC Part 15 Subpart B ⁇ Κανονισμός της Ομοσπονδιακής Επιτροπής Επικοινωνιών των Ηνωμένων Πολιτειών για τα ακούσια θερμαντικά σώματα.
  • IEC 61000-6-3 / 61000-6-4 ⁇ Γενόσημα πρότυπα εκπομπών ΗΜΚ για οικιστικά, εμπορικά και βιομηχανικά περιβάλλοντα.
  • EN 55032 / EN 55035 ⁇ Ευρωπαϊκά εναρμονισμένα πρότυπα για τον εξοπλισμό πολυμέσων.

Τα πρότυπα αυτά καθορίζουν τις μεθόδους μέτρησης, τις κλίμακες συχνοτήτων και τα μέγιστα επιτρεπτά επίπεδα θορύβου. Για παράδειγμα, τα όρια του FCC Part 15 Κατηγορίας Β είναι πιο αυστηρά από τα όρια της κατηγορίας Α, που στοχεύουν σε οικιακές εφαρμογές. Οι μηχανικοί θα πρέπει να συμβουλεύονται το συγκεκριμένο πρότυπο που ισχύει στην κατηγορία προϊόντων τους και στην αγορά-στόχους. Μπορείτε να βρείτε λεπτομερή όρια στην ιστοσελίδα FCC[ ή μέσω της IEC EMC portal].

Κοινές πηγές αγώγιμων εκπομπών

Οι εκπομπές που διενεργούνται προέρχονται από κυκλώματα και υποσυστήματα που παράγουν θόρυβο υψηλής συχνότητας και τον ενώνουν σε γραμμές ισχύος ή σήματος.

  • Σύνδεση Τροφοδοσίας (SMPS) ⁇ Η ταχεία μεταγωγής τρανζίστορ σε DC-DC μετατροπείς δημιουργεί αρμονικές και κουδούνισμα που μπορούν να ταξιδέψουν πίσω στο δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος ή κατάντη φορτία.
  • Ψηφιακά κυκλώματα ⁇ Ρολόγια υψηλής ταχύτητας, λεωφορεία δεδομένων και διεπαφές I/O παράγουν παροδικά ρεύματα που εισάγουν θόρυβο στις ⁇ γες τροφοδοσίας.
  • Κινητήρες και αναδιατάξεις κινητήρα[ ⁇ Η επαγωγική μεταγωγή φορτίου παράγει αιχμές τάσης και τόξου, οδηγώντας σε ευρυζωνικό θόρυβο που διεξάγεται.
  • Αδιάβροχοι μεταδότες ⁇ Ενώ κατά κύριο λόγο μια πηγή RF, λανθασμένες κεραίες ή κακή διάταξη μπορεί να συνδέσει την ενέργεια πίσω σε γραμμές ισχύος.
  • Τα χαλαρά ή ακλόνητα καλώδια[[LFT:1]] ⁇ τα μακριά καλώδια λειτουργούν ως κεραίες για ρεύματα κοινής λειτουργίας· η κακή θωράκιση ή γείωση μπορεί να τα μετατρέψει σε αγωγούς για εκπομπές.
  • ⁇ υστευτήρες και Φάσεων-Ελεγχόμενα κυκλώματα ⁇ Μη γραμμικό ρεύμα κλήρωση δημιουργεί αρμονικές χαμηλής συχνότητας που είναι επίσης μια μορφή αγώγιμων εκπομπών.

Ο εντοπισμός της κυρίαρχης πηγής είναι το πρώτο βήμα για τον μετριασμό. Η έρευνα κοντά στο πεδίο με έναν τρέχοντα σφιγκτήρα ή έναν ανιχνευτή κοντά στο πεδίο μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό των ηχητικών προελεύσεων σε ένα PCB ή συναρμολόγηση καλωδίων.

Τεχνικές μέτρησης για τις αγώγιμες εκπομπές

Η ακριβής μέτρηση είναι απαραίτητη για τη συμμόρφωση.

  • Δίκτυο Σταθεροποίησης Γραμμής (LISN) ⁇ Τοποθετημένο μεταξύ της πηγής ενέργειας και του υπό δοκιμή εξοπλισμού (EUT). Το LISN παρέχει μια καθορισμένη παρεμπόδιση (συνήθως 50 O
  • EMI Receiver or Spectrum Analyzer ⁇ Μετρά την τάση σε όλες τις θύρες εξόδου LISN. Οι ανιχνευτές quasi-peak και μέσοι ανιχνευτές χρησιμοποιούνται για να ταιριάζουν με την ανθρώπινη αντίληψη παρεμβολών. Το εύρος ζώνης ανάλυσης (RBW) ορίζεται σε 9 kHz ή 120 kHz ανάλογα με το πρότυπο.
  • ⁇ δοκιμών ⁇ Οι εκπομπές που διενεργούνται μετρούνται σε γραμμές ισχύος (φάση, ουδέτερη, γείωση) και σε θύρες σήματος/τηλεπικοινωνίας εάν απαιτείται. Η EUT λειτουργεί στην κανονική της κατάσταση ενώ οι εκπομπές καταγράφονται σε όλη την καθορισμένη περιοχή συχνοτήτων (συνήθως 150 kHz έως 30 MHz).

Για μια βαθύτερη κατάδυση, ανατρέξτε σε [[LPT:0]]CISPR τεκμηρίωση προτύπων [].

Μετριασμός των στρατηγικών για τις εκπομπές που πραγματοποιούνται

Η μείωση των αγώγιμων εκπομπών απαιτεί συνδυασμό φιλτραρίσματος, θωράκισης, γείωσης και προσεκτικό σχεδιασμό. Παρακάτω είναι οι πιο αποτελεσματικές τεχνικές, από την επιλογή συστατικών έως την ενσωμάτωση σε επίπεδο συστήματος.

Φίλτρο εισόδου

Τα φίλτρα στο σημείο εισόδου ισχύος είναι η κύρια άμυνα ενάντια στο θόρυβο που διεξάγεται. Τα βασικά συστατικά περιλαμβάνουν:

  • Κοινό-Μοντ Chokes ⁇ Ένας πυρήνας φερρίτη με δύο περιέλιξη που παρουσιάζει υψηλή παρεμπόδιση σε ρεύματα κοινής λειτουργίας ενώ επιτρέπει να περνούν σήματα διαφορικής λειτουργίας. Κρίσιμος για μείωση του θορύβου που εμφανίζεται εξίσου και στις δύο γραμμές σε σχέση με το έδαφος.
  • X και Υ Πυκνωτές ⁇ Πυκνωτές Χ (διασχίζοντας γραμμή και ουδέτερη) θορύβου διαφορικής λειτουργίας φίλτρου· Πυκνωτές Υ (γραμμή προς έδαφος ή ουδέτερο προς έδαφος) φίλτρο κοινός θόρυβος λειτουργίας.
  • LC Φίλτρα ⁇ Φίλτρα Low-pass LC (π.χ. π-φίλτρο) μπορούν να συντονιστούν για να καταστείλουν συγκεκριμένες ζώνες συχνοτήτων. Οι τιμές επαγωγέα και πυκνωτή πρέπει να επιλέγονται για να αποφεύγεται η απήχηση μέσα στο φάσμα θορύβου.
  • Χαλυβάδες Ferrite ⁇ Αποτελεσματικοί για θόρυβο υψηλής συχνότητας (πάνω από 10 MHz). Τοποθετούνται σε μεμονωμένα καλώδια ή γύρω από δέσμες καλωδίων για να προσθέσουν απώλεια χωρίς σημαντική αντίσταση DC.

Ο σχεδιασμός φίλτρων πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις αναντιστοιχίες εμποτισμού, τα παρεπτικά συστατικών και την ανάγκη να πληρούνται τόσο τα όρια εκπομπών που έχουν διεξαχθεί όσο και τα όρια ακτινοβολημένων εκπομπών.

Ασπίδα και γείωση

Η σωστή θωράκιση και γείωση εμποδίζουν το θόρυβο από τη σύζευξη σε καλώδια και τη διαφυγή από το περίβλημα.

  • Ασπίδα με κινητήρα[[LFT:1]] ⁇ Οι θωρακισμένες ή αλουμινόχαρτες ασπίδες πάνω από καλώδια ισχύος και σήματος πρέπει να τερματίζονται σε μια γραμμή αναφοράς εδάφους χαμηλής αντοχής σε ένα ή και στα δύο άκρα, ανάλογα με τη συχνότητα. Για τις εκπομπές που εκτελούνται, η διακοπή 360° (χρησιμοποιώντας θωρακισμένους συνδέσμους) είναι πολύ ανώτερη από τις συνδέσεις με κοτσίδα.
  • Πλανήματα και Αστεροειδής Γήρανση[ ⁇ Ένα στερεό επίπεδο εδάφους σε ένα PCB μειώνει την παρεμπόδιση εδάφους και ελαχιστοποιεί τις σταγόνες τάσης κοινής λειτουργίας.
  • Πεδίωση πλαισίου εξοπλισμού[[LFT:1]] ⁇ Το πλαίσιο εξοπλισμού πρέπει να συνδέεται απευθείας με τη γη (ή το έδαφος ασφαλείας) με ιμάντα χαμηλής επαγωγικότητας. Αυτό παρέχει έναν νεροχύτη για ρεύματα κοινής λειτουργίας και τα εμποδίζει να ρέουν σε καλώδια σήματος.
  • Οι πυρήνες Ferrite στα καλώδια ⁇ Προσθέτοντας έναν πυρήνα φερρίτη (snap-on ή toroidal) γύρω από ένα καλώδιο αυξάνει την ανακοπή κοινής λειτουργίας και μειώνει τις εκπομπές από το καλώδιο που λειτουργούν ως κεραία.

Βέλτιστες πρακτικές διάταξης PCB

Οι σχεδιαστικές επιλογές σε επίπεδο συμβουλίου έχουν σημαντικό αντίκτυπο στις εκπομπές που διεξάγονται.

  • Ελάχιστες περιοχές λεκανών[[LFT:1]] ⁇ Διατηρήστε τις διαδρομές σήματος υψηλής ταχύτητας και τα ρεύματά τους επιστροφής κοντά μεταξύ τους για να μειώσετε την επαγωγή βρόχου και τη σύζευξη μαγνητικού πεδίου. Χρησιμοποιήστε ένα συνεχές επίπεδο εδάφους απευθείας κάτω από τα στρώματα σήματος.
  • Διαχωρίστε αναλογικούς και ψηφιακούς τομείς[ ⁇ Διαχωρίστε το ταμπλό για να αποφύγετε την είσοδο αναλογικού ή τροφοδοτικού θορύβου σε ψηφιακές διαδρομές. Χρησιμοποιήστε χωριστές περιοχές εδάφους συνδεδεμένες σε ένα μόνο σημείο, εάν είναι απαραίτητο.
  • Διαμόρφωση πυκνωτών ⁇ Τοποθετήστε πυκνωτές χαμηλού-ESR όσο το δυνατόν πλησιέστερα στους πυκνωτές ισχύος IC. Πολλαπλές τιμές (π.χ., 0.1 μF + 1 nF + 100 pF) μπορούν να καλύψουν ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων.
  • Trace Routing ⁇ Κρατήστε τα ίχνη υψηλής τάσης μεταγωγής σύντομα και πλατιά. Αποφύγετε τη δρομολόγηση ευαίσθητων σημάτων κοντά σε θορυβώδη ίχνη ισχύος ή κόμβους μεταγωγής. Διαφορική σηματοδότηση μπορεί να μειώσει τις εκπομπές κοινής κατάστασης.
  • Διάταξη τροφοδοσίας ισχύος ⁇ Τοποθετήστε τα συστατικά του φίλτρου εισόδου κοντά στο συνδετήρα για να παγιδεύσετε το θόρυβο πριν εξαπλωθεί σε όλο το ταμπλό. Χρησιμοποιήστε ξεχωριστά επίπεδα ισχύος για διαφορετικούς τομείς τάσης.

Επιλογή συστατικού

Η επιλογή συστατικών χαμηλής EMI απλοποιεί τη συμμόρφωση:

  • Ρολόι Spread-Spectrum[ ⁇ Η τροποποίηση της συχνότητας του ⁇ ολογιού διαδίδει την ενέργεια σε μια ευρύτερη ζώνη, μειώνοντας τις μέγιστες εκπομπές σε συγκεκριμένες αρμονικές. Πολλοί μικροελεγκτές και SOCs προσφέρουν αυτό το χαρακτηριστικό.
  • Κυριακές Οδηγοί ⁇ Χρησιμοποιώντας IC με ελεγχόμενους ρυθμούς περιστροφής (π.χ., LVCMOS αντί για υψηλής ταχύτητας CML όπου είναι δυνατόν) μειώνει το περιεχόμενο υψηλής συχνότητας.
  • Ολοκληρωμένα Φίλτρα EMI ⁇ Ορισμένα συνδετικά και IC περιλαμβάνουν ενσωματωμένο φιλτράρισμα για θόρυβο κοινής λειτουργίας και διαφορικής λειτουργίας.

Πρακτικό Παράδειγμα: Αποβολή εκπομπών από ένα SMPS

Εξετάστε έναν μετατροπέα flyback 12 V, 3 A τροφοδοτώντας ένα ψηφιακό φορτίο. Χωρίς μετριασμό, οι εκπομπές που πραγματοποιούνται στην είσοδο εναλλασσόμενου ρεύματος υπερβαίνουν τα όρια κλάσης B του FCC από τα 2 MHz έως τα 10 MHz. Τα ακόλουθα βήματα φέρνουν το σχεδιασμό σε συμμόρφωση:

  1. Προσθέστε ένα πνίξιμο κοινής κατάστασης (2 mH, με βαθμολογία για 3 A) μεταξύ του ανορθωτή και του πυκνωτή εισόδου.
  2. Τοποθετείται πυκνωτής 0,1 μF Υ από έδαφος σε έδαφος (με ασφάλεια πυκνωτή Y2).
  3. Αντικαταστήστε τον πυκνωτή όγκου εισόδου με χαμηλότερο τύπο ERS και προσθέστε παράλληλα έναν πυκνωτή φιλμ 10 nF.
  4. Βελτιώστε την τεχνική περιέλιξης μετασχηματιστή για να μειώσει τη χωρητικότητα μεταξύ των ανέμων.
  5. Διατάξτε τον πρωτεύοντα βρόχο εναλλαγής σφιχτά στο PCB, με ένα επίπεδο εδάφους στη δευτερεύουσα πλευρά.

Μετά από αυτές τις αλλαγές, η επαναμέτρηση δείχνει περιθώριο 15 dB μV σε όλες τις συχνότητες.

Συμπέρασμα

Οι εκπομπές που πραγματοποιούνται αποτελούν μια διάχυτη πρόκληση στη σύγχρονη ηλεκτρονική, αλλά μπορούν να αντιμετωπιστούν συστηματικά μέσω ενός συνδυασμού γνώσεων προτύπων, ακριβούς μέτρησης και αποδεδειγμένων τεχνικών μετριασμού. Ξεκινώντας με ισχυρό φιλτράρισμα στις εισροές ενέργειας, προσεκτική διάταξη του πίνακα, και σωστή γείωση παρέχει το θεμέλιο για ένα συμβατό σχεδιασμό. Πρώιμη δοκιμή πριν από τη συμμόρφωση και επαναληπτική βελτίωση μειώνει τον κίνδυνο των επανασχεδιασμών της τελευταίας στιγμής και αποτυχίες πιστοποίησης. Με την ενσωμάτωση αυτών των πρακτικών στον κύκλο ανάπτυξης, οι μηχανικοί μπορούν να παραδώσουν προϊόντα που πληρούν τις κανονιστικές απαιτήσεις και λειτουργούν αξιόπιστα στο σκοπούμενο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον τους.