Sähkömagneettisen yhteensopivuuden tai EMC (Englanti, sähkömagneettinen yhteensopivuus tai EMC ) on kyky laitteen tai järjestelmän sähkö- , tai elektroninen , voivat toimia tarkoitetulla ympäristön sähkömagneettiset varten, joka laite on suunniteltu ilman itse tuottaa kohtuuttomia sähkömagneettisia häiriöitä.
Hyvä sähkömagneettinen yhteensopivuus kuvaa "hyvän sähkömagneettisen naapuruston" tilaa:
Eri säännökset edellyttävät sähkömagneettisen yhteensopivuuden tason noudattamista ( eurooppalaiset direktiivit , FCC Yhdysvalloille jne.). Näiden määräysten tueksi standardeissa on määritetty menetelmät häiriöiden arvioimiseksi sekä häiriöiden tason rajat , joita ei saa ylittää tai sietää tietyssä ympäristössä.
Sähkömagneettinen yhteensopivuus ei koske biologisia ja ympäristövaikutukset sähkömagneettisten kenttien .
Sähkömagneettinen ilmiö, joka voi aiheuttaa laitteen, laitteen tai järjestelmän toiminnallisia häiriöitä tai vaikuttaa haitallisesti elävään tai inerttiin aineeseen. Sähkömagneettinen häiriö voi olla melu, ei-toivottu signaali tai itse etenemisväliaineen muunnos.
Suurin osa sähkö- ja elektroniikkalaitteista tuottaa sähkömagneettisia kenttiä, jotka ovat havaittavissa ympäristössään; kaikki nämä kentät aiheuttavat todellista pilaantumista, mikä joskus häiritsee muiden laitteiden toimintaa.
Koska yhteensopivuus on varmistettava molempiin suuntiin, meidät johdetaan määrittelemään kahden tyyppisiä ilmiöitä:
Kun sähkömagneettinen yhteensopimattomuus ilmenee, nämä kolme elementtiä on otettava huomioon:
Kun ainakin yksi näistä elementeistä puuttuu, CEM palautetaan.
Lähde / kytkentä / uhri-mallin kokoonpano riippuu asteikosta, jolla sitä katsellaan:
Tällainen hajoaminen ei ole määrittelemätöntä: pääsemme aina lopullisiin lähteisiin (toiminnalliset signaalit, luonnonilmiöt tai tahalliset ilmiöt). Sama uhreille.
Laitteen käyttäytymisen luonnehtimiseksi muista riippumatta kytkimet jaetaan välttämättä kahteen alikytkentään: lähde / ympäristö ja ympäristö / uhri, minkä vuoksi standardit vaativat erityyppisiä ympäristöjä. Asuin-, kevyt kaupallinen tai teollisuus useimmissa tapauksissa siviilialalla.
Kytkimet luokitellaan kahteen luokkaan:
Näiden kahden välisellä rajalla on mielivaltaisuus, tietyt standardit luokittelevat tietyt kytkennät sähkö- tai magneettikentän (mutta eivät kaikki…) mukaan "johtavuus" -ruutuun.
Lisäksi säteilykytkentöissä standardit erottavat myös lähikentät ja kaukakentät: Sähkömagneettisten häiriöiden lähde luo usein joko sähkökentän tai magneettikentän. Mutta tietyllä etäisyydellä tästä lähteestä havaittu aalto on "tasainen" sähkömagneettinen aalto (jota kutsutaan myös "kaukaiseksi"), H-kentän ja E-kentän yhdistelmä, E / H-suhde = 120 π (≈377 Ω). Tämä etäisyys on aallonpituuden suuruusluokkaa. Siten korkeilla taajuuksilla meillä on aina tasoaalto heti, kun siirrymme lähteestä vähän.
Standardi voi vaatia alttiustestiä E-kentälle, H-kentälle tai tasoaallolle (tai kaukakentälle). Standardit edellyttävät tasoaaltotestejä korkeimmilla taajuuksilla, koska korkeiden taajuuksien tapauksessa meillä on käytännössä aina "taso" aalto.
Nämä ovat pääasiassa seuraavista häiriöistä aiheutuvia häiriöitä:
Yleensä säännöksissä laitteen immuniteetin tulisi olla riittävä estämään toiminnan heikkeneminen määrittelyjen ulkopuolella tämän tyyppiselle häiriölle altistumisen aikana.
Ohimenevät häiriötNämä ovat häiriöitä, jotka johtuvat pääasiassa:
Määräyksissä on yleisesti hyväksytty, että laitteen herkkyys sallii tilapäisen toiminnan heikkenemisen, mutta tämä toiminto palautuu itsestään, kun häiriö on ohi (ilman käyttäjän toimia).
Kytkeminen on prosessi, jossa häiriön aiheuttajan energia saavuttaa uhrin. Aina kun puhumme virrasta, jännitteestä tai kentästä, emme unohda, että nämä ovat sähköisiä määriä, jotka vaihtelevat ajan myötä.
Yhteinen impedanssikytkentäTässä tapauksessa häiriölaitteen sähköpiirillä on yhteinen impedanssi uhrin sähköpiirin kanssa. Tämän yhteisen impedanssin liittimissä on jännite, jonka tuottaa häiritsevässä piirissä virtaava virta. Koska tämä impedanssi esiintyy myös uhrin piirissä, tämä uhri kokee tämän loisjännitteen. Esimerkki: 230 V: n verkkoon on kytketty kaksi laitetta : häiriö, joka tuottaa loisjännitteitä verkon jännitteelle, ja uhri, joka käyttää verkkojännitettä ja joka samalla palauttaa tämän loisjännitteen.
Kapasitiivinen kytkentäTässä tapauksessa häiriöpiirissä on jännite, joka voi aiheuttaa häiriöitä. Tämän häiritsevän piirin ja toisen piirin, joka on uhri, välillä on myös kapasitanssi. Tällä kapasiteetilla häiritsevä sähköenergia saavuttaa uhripiirin.
Esimerkki: kapasitiivisen ylikuulumisen ilmiö . Häiriöpiiriin kuuluva johdin on samassa kaapelissa kuin uhripiirin johdin. Koska nämä kaksi johtinta ovat lähellä, niiden välillä on kapasitanssi, joka on vastuussa kytkennästä. Mitä suurempi on uhripiirin impedanssi, sitä korkeampi kytkentä on johtuen jännitteenjakosillasta, joka muodostuu kapasitanssista ja uhrin impedanssista.
Induktiivinen kytkentäTässä tapauksessa häiriöpiirissä on virta, joka kykenee tuottamaan häiriöitä. Lähellä tätä virtapiiriä on uhripiiri. Häirivän piirin johtimen virta tuottaa ympärilleen magneettikentän. Tämä magneettikenttä indusoi virran uhripiirissä.
Esimerkki: Induktiivinen ylikuuluminen . Häiriöpiirin johdin on samassa kaapelissa kuin uhripiirin johdin ja indusoi loisjännitteen jälkimmäisessä. Mitä pienempi on uhripiirin impedanssi, sitä enemmän tämä jännite aiheuttaa merkittävän häiriöenergian uhripiirissä.
Kytkentä sähkökentän avullaTätä kytkentää kutsutaan myös kenttä-johto-kytkennäksi.
Se on sattuva sähkökenttä, joka aiheuttaa häiriöitä uhripiirissä. Huomatkaamme heti, että yllä mainittu kapasitiivinen kytkentä on samanluonteista, koska kytkentäkapasitanssi tuo kentälle linjat uhrille. Ero tässä on siinä, että häiriö on kauempana: Sen sijaan, että tunnistaisimme itse häiriön, tunnistamme siitä tulevan sähkökentän.
Esimerkki: moottorin sytytystulpan impulssin sähkökenttä saavuttaa autoradiovastaanottimen antennin.
Magneettikentän kytkentäTätä kytkentää kutsutaan myös kenttä-silmukka-kytkennäksi.
Se on häiriöstä tuleva magneettikenttä, joka ylittää uhripiirin ja indusoi siksi loisjännitteen tässä piirissä. Se on induktio . Huomaa tässäkin, että tämä kytkentä on luonteeltaan samanlainen kuin yllä mainittu induktiivinen kytkentä ... Sen sijaan, että tunnistamme itse häiriön, tunnistamme sen tuottaman magneettikentän.
Esimerkki: ukkonen lähellä uhria (eikä sen yläpuolella). Salama on sähköstaattinen purkaus, jolle on tunnusomaista useiden kymmenien tuhansien ampeerien virta ja nousuaika mikrosekunnin luokkaa. Silmukassa indusoitu jännite on siis korkea johtuen virran voimakkuuden suuresta vaihtelusta, mutta myös tämän virran nousun nopeudesta.
Kytkentä sähkömagneettisen kentän avullaUsein häiriölaite lähettää sekä sähkökenttiä (jännitteiden vuoksi) että magneettikenttiä (virtojen vuoksi); Näiden kahden kentän yhdistelmä saavuttaa uhrin. Vaikka häiriön aiheuttaja aluksi lähettäisi vain sähkökentän, Maxwellin yhtälöt osoittavat, että tietyllä etäisyydellä tästä lähteestä ilmestyy myös magneettikenttä muodostaen sähkömagneettisen tasoaallon (katso sähkömagneettinen aalto ). Sama on, jos häiriö lähettää magneettikentän vain alussa. Tämä muunnos tapahtuu etäisyydellä, joka vastaa aallonpituuden vähäistä osaa. Siksi se on suuri matalille taajuuksille, mutta lyhyt korkeille taajuuksille. Tämä on yksi syy siihen, miksi EMC-mittaukset eivät ole samat matalilla taajuuksilla. Suurilla taajuuksilla olemme melkein aina tekemisissä sähkömagneettisen tasoaallon kanssa.
Kuulemme usein kahdesta etenemistavasta: differentiaalimoodista ja yhteisestä tilasta. Olisimme voineet sisällyttää nämä kaksi määritelmää kytkentätiloihin, mutta näiden kahden termin, erityisesti yhteisen moodin, merkitys ansaitsee määritellä tarkasti.
Eteneminen differentiaalitilassaTarkastellaan kahta sähkö- tai elektroniikkalaitteeseen kytkettyä johtinta. Jännitteen sanotaan kohdistuvan tähän laitteeseen symmetrisessä (tai differentiaalisessa) tilassa, jos jännite on kahden johtimen välillä. Esimerkiksi verkkojännite syötetään differentiaalitilassa. Tai jopa puhelinjohtoparin jännitys.
Jos tarkastellaan kaapelia, joka koostuu kahdesta johtimesta, tämän kaapelin virtojen algebrallinen summa on nolla, koska ensimmäisessä johtimessa on "ulospäin" virta ja saman intensiteetin "paluu" virta, mutta vastakkaisella puolella toisessa johtimessa.
EMC-ongelmien välttämiseksi riittää, että molemmat johtimet ovat riittävän lähellä.
Yhteisen tilan eteneminenUseimmat EMC-insinöörit pitävät yhteisen moodin häiriön leviämistä EMC: n pääongelmana.
Tai kaapeli, joka koostuu useista johtimista, kytkettynä sähköiseen tai elektroniseen laitteeseen. Oletetaan, että ulkoiset sähkömagneettiset kentät indusoivat loisvirtaa tämän kaapelin kaikissa johtimissa. Tämä virta tulee uhrin laitteeseen tämän kaapelin kautta. Huomaa, että differentiaalitilassa kaapelissa on johdin "ulospäin" virtaa ja johdin "paluu" virtaa varten. Näin ei ole tässä tapauksessa: sähkömagneettinen kenttä on aiheuttanut vaiheittain virtoja kaikissa kaapelin johtimissa. Koska tässä kaapelissa ei ole tämän virran palautusjohtoa, on kysyttävä, millä polulla yhteismoodivirta sulkeutuu, koska virta kulkee periaatteessa suljetun piirin läpi.
Koska tämä virta on "tullut" laitteeseen, se tulee välttämättä ulos laitteesta:
Tämä virta palaa näiden kolmen mahdollisen polun kautta lopulta "maahan". Sitten se kiertää maassa ja palaa täydentämään piirin periaatteessa kyseisen kaapelin toiseen päähän. Kaapelin pää on laite, josta kaapeli tuli, esimerkiksi sen virtalähde jne. Piiri on siten suljettu.
Tämän virran sanotaan olevan "yhteinen tila". Sen piiri voi olla hyvin suuri:
Joten tämän piirin pinta voi olla suuri, se johtuu siitä:
Tämän seurauksena ulkoiset häiriöt voivat aiheuttaa suuria virtoja tähän piiriin ja häiritä laitetta (uhri laite). Itse asiassa tämä laitteeseen tuleva häiritsevä virta kulkee, ellei mitään tehdä, elektronisen kortin läpi ja häiritsee sen sisältämiä elektronisia piirejä.
Tähän asti olemme pitäneet laitetta uhrina. Kuvittele, että laite itse aiheuttaa häiriön tässä piirissä esimerkiksi tuottamalla RF-virran kaapelilleen. Tämä virta kulkee yllä mainitussa yhteismoodipiirissä. Koska tämä piiri on erittäin suuri, sillä on antennin rooli ja se aiheuttaa häiriöitä kaukana. Laite on merkittävä häiriöitä aiheuttava tekijä.
Näiden yhteismoodin häiriöiden vaikutusten vähentämiseksi, riippumatta siitä, onko laite uhri vai häiritsevä, laitetta on käsiteltävä asianmukaisesti tuloliitännöissä sopivilla EMC-suojaustekniikoilla. Esimerkiksi kaapelin jokaisen johtimen läpi kulkevien virtojen on mentävä suoraan laitteen maahan ja vältettävä siten kortin toimintojen kulkemista. On myös edullista liittää laitteen massa maahan tai maatasoon (katso alla). Tai yritämme estää näiden virtojen pääsyn laitteeseen pujottamalla ferriittisydämen, jota kutsutaan yleisen tilan vaimennimeksi, kaapelin läpi. On myös mahdollista suojata kaikki kaapelin johtimet ja liittää suojaus laitteen maahan kaapelin saapuessa. Yhteisen moodin virta, joka kulkee vain suojauksen ulkopinnalla, ohjataan siten maahan eikä enää kulje elektronisen kortin läpi. Katso lisätietoja EMC: n hankkimisesta, yhteismoodin virtojen poistamisesta)
Tähän asti olemme olleet sitä mieltä, että yhteisen moodin virran palautti "maa". Monimutkaisissa järjestelmissä on usein maataso, joka on yhteinen eri laitteille (laboratorion mittauspenkit, ajoneuvot jne.) Ilmeisesti tällöin tämä taso ottaa "maan" paikan. Tässä tapauksessa yhteismoodin häiriöitä voidaan vähentää pitämällä syöttökaapeleita mahdollisimman lähellä järjestelmän maatasoa yhteisen moodin silmukan pinta-alan pienentämiseksi.
Olemme käsitelleet yhteisen tilan ongelmaa ottamalla huomioon virrat. Teknisessä kirjallisuudessa emme joskus ota huomioon virtoja, mutta yhteisen moodin jännitteitä. Näitä jännitteitä on kaapelin johtimien ja "maadoituksen" välillä. Tämä on tietysti kaksi näkökulmaa.
Yleisen tilan ongelmia esiintyy jopa useiden satojen megahertsien taajuuksilla. Voimme jopa sanoa, että nämä ovat ongelmat, jotka ovat lisääntyneet eniten radiopäästöjen lisääntymisen jälkeen. Näillä korkeilla taajuuksilla voidaan yksinkertaisesti huomata ero tavallisen moodin silmukassa: Koska tämän silmukan mitat ovat suurempia kuin aallonpituus, ei ole enää tarpeen ottaa huomioon silmukan pintaa, vaan ottaa huomioon kaikki yksinkertaisesti että laitteeseen tuleva kaapeli on antenni, joka kerää häiritsevät säteilyt. Uhrin yhteisen tilan suojaus koostuu aina näiden virtojen estämisestä pääsemästä sähköiseen korttiin. Jos laitteen katsotaan olevan häiritsevä, estämme sisäisiä virtauksia poistumasta kortilta tietäen, että suodatus on sama.
EMC-testilaboratoriossa on tavallista erottaa aalto sen tuhoavan luonteen mukaan tai ei. Toisin sanoen elektroniikkaan (tai yleisemmin testattavaan laitteeseen) liittyvien riskien mukaan. Tietyt aallot ovat niin energisiä, että ne voivat "rikkoa" komponentteja, jotka sijaitsevat aallon "polulla". Esimerkiksi jänniteaalto (useita kV) voi rikkoa eristeen ja "rikkoa" herkkiä komponentteja (DES tai EFT).
Tuhoisa aaltoIskuaalto, nopea sähköinen transientti (TERS tai EFT englanniksi) tai sähköstaattinen purkaus (ESD) aallon luonteesta johtuen (useita kV tai kA) voivat muuttaa (väsyttää) käyttäytymistä tai jopa tuhota komponentin tuote. Itse asiassa nämä testit käynnistetään yleensä testikampanjan lopussa estääkseen näitä ilmiöitä muuttamasta laitteen käyttäytymistä ja arviointia (vaatimustenmukaisuus). Tietyt laboratoriot (suunnittelijan tai valmistajan pyynnöstä) joutuvat joskus suorittamaan nämä testit ensin (tämä on keskustelua testin ja tuotteen elinkaaren edustavuudesta).
Yleensä nämä ilmiöt ovat ohimeneviä ja / tai satunnaisia.
Huomaa: magneettiaaltoja ei pidetä tuhoavina. Toisaalta heillä on kyky poistaa tiettyjen komponenttien (ROM, RAM) muisti ja tehdä tuotteesta sen vuoksi käyttökelvoton (esim. Poistaa PLC: n laiteohjelmisto). Tuote ei kuitenkaan tuhoudu (vaikka tulos voi olla sama, automaattisen linjan tuotannon pysäyttämiseksi).
Rikkomaton aaltoToisin kuin tuhoavat aallot. Kaikki aallot, jotka eivät tuhoa komponenttia tai eivät vaikuta pysyvästi EST: n (Testattava laite) käyttäytymiseen.
Yleensä kun rikkoutumaton aalto vaikuttaa tuotteen käyttäytymiseen. Kun tämä häiriö lopetetaan, tuote palaa välittömästi odotettuun käyttäytymiseen. Joskus laite on käynnistettävä uudelleen. Tämä muutos käyttäytymisessä tai toiminnassa ei ole lopullinen.
Se on luonnollinen loislähde, luultavasti yleisin.
Mekanismi on seuraava:
Ilmiö "ihmisestä peräisin oleva sähköstaattinen purkaus" mallinnetaan standardoinnissa seuraavasti:
Kanssa salama , emme jätä alalla triboelectricity, me vaihda mittakaavassa.
Esimerkiksi cumulonimbuksessa muutaman kymmenen minuutin kuluttua kumulatiivisten sähkövarausten määrä on valtava. Nämä varaukset jakautuvat satunnaisesti positiivisiin tai negatiivisiin vyöhykkeisiin, mikä luo yhden megavoltin suuruisia mahdollisia eroja. Tämä voi vahingoittaa laitetta vakavasti.
Jos sähköstaattisia varauksia kerääntyy eristetylle esineelle, sähköstaattinen purkaus voi tapahtua heti, kun tämän kohteen potentiaali saavuttaa tietyn arvon: tämän kohteen ja sen ympäristössä olevan toisen kohteen välillä on purkaus. Itse ilma sisältää varauksia: Pienet, kevyistä ioneista koostuvat varaukset johtuvat kaasumolekyylien ionisoinnista auringon UV-säteilyllä. Suuremmat kuormat ovat ladattua pölyä tai ladattuja vesipisaroita. Täten ilmassa liikkuva esine voi palauttaa nämä varaukset, mikä lisää sen sähköstaattista potentiaalia suhteessa ympäristöön. Jopa paikallaan oleva, mutta eristetty esine pystyy ottamaan vastaan varauksia, jos ilma liikkuu. Kaikista näistä syistä usein tapahtuu, että eristettynä oleva esine voi tuottaa sähköstaattisen purkauksen välittömässä ympäristössään (eristeet jne.). Jos esine on osa elektronista laitetta, purkaus voi tapahtua eristyskondensaattorin kautta ja tuhota jälkimmäisen. Tästä syystä tietoliikennejärjestelmien antenneja ei koskaan eristetä täydellisesti jatkuvasti ja että EMC-testejä sovelletaan myös radiopäätteiden antenneihin.
Radiolaitteita, jotka ovat pääasiassa säteilevien sähkömagneettisten kenttien lähde, säännellään EU-direktiivillä 2014/53 / EU, joka tunnetaan nimellä RE-D .
Jos heihin sovelletaan poikkeuksia EMC-direktiivistä, erityisesti enimmäispäästöjen osalta (tehtäviensä suorittamiseksi), heidän on annettava samat takuut kuin muille laitteille sähkömagneettisen yhteensopivuuden suhteen (3 artiklan olennainen vaatimus 1 b) on RE-D direktiivi ).
Sähkömagneettisten kenttien immuniteetin perusstandardi (IEC / EN 61000-4-3) tarjoaa mahdollisuuden testata jopa 6 GHz asti , jotta voidaan ottaa huomioon lähettimien korkeammat taajuudet (Wifi 802.11a: ssa, WIMAX. .. ). Pitkän aikavälin kehityksen on suunniteltu kehittävän perusstandardia jopa 18 GHz: iin saakka . Tämän standardin tavallisesti käyttämä modulaatio (AM 80% 1 kHz ) ei kuitenkaan edusta laajakaistalaitteita, vaikka yksinkertainen AM-modulointi tunnustettaisiin laitteistoa eniten häiritseväksi.
Siviili- ja lääketieteen alojen immuniteetin rajat määritetään nykyisten tapausten mukaan "tyypillisessä" ympäristössä. Vaaditut immuniteettitasot ovat 1 V / m (suojatussa ympäristössä), 3 V / m (asuinrakennus), 10 V / m (teollisuus) ja 30 V / m (poikkeuksellinen). Autoteollisuudessa, ilmailualalla tai sotilasalalla tietyt eritelmät edellyttävät immuniteettitasoja ilmaistuna kV / m.
Nämä laitteiden häiriötasot antavat laitteen toimia tarkoitetulla tavalla lähellä olevan lähettimen läsnä ollessa. Määräyksissä säädetään tuotestandardien avulla tietyn tyyppisen kodinkoneen (kodinkoneet, TV, teollisuus, puhelin jne.) Käytöstä "tyypillisessä" ympäristössä (asuin-, teollisuus jne.). "Tyypilliset" immuniteettitasot eivät kuitenkaan mahdollista laitteen suojauksen varmistamista kaikissa olosuhteissa, joissa se voidaan poikkeuksellisesti sijoittaa.
Siviilistandardeissa suositeltujen laitteiden immuniteetin raja-arvot ovat myös pienempiä kuin ihmisen altistumisrajat. Siten on mahdollista, että lähettimen välittömässä läheisyydessä (vaikka tämä on kaikilta osin määräysten mukainen), laite (joka täyttää myös määräykset) saattaa häiriintyä. Tämä voi aiheuttaa ongelmia sähköisissä turvallisuus- tai hengenpelastuslaitteissa.
Kuvittele esimerkiksi:
1500 km vastaa kuitenkin 50 Hz: n signaalin neljäsosaaallonpituutta (λ / 4) . Huoltoon liittyvistä syistä vain toinen kahdesta linjasta on avoinna voimalaitoksen lähellä. Lopuksi muodostetaan eteenpäin kulkeva johto ja paluulinja, jotka ovat samanlaisia kuin λ / 2: lle viritetty piiri: laitoksen tuottama jännite on vaiheen vastakohdassa linjan 3000 km päässä suoraan suoraan tulevasta jännitteestä. voimalaitos. Voit helposti saada 800000 voltin rms, vain erotettuna avoimella kytkimellä.
Kun kytkin on suljettu, ohjausyksikkö voi rinnastaa vaiheen vastakkaiset jännitteet oikosulkuun.
Kunnes uusi tasapaino on saavutettu (vähintään 10 ms aperiodiselle osalle), dynaaminen oikosulutus kuluttaa ohjausyksikön tuottaman 5 GW : n (kokonaan sulkemishetkellä).
Verkotetussa ja täysin yhteenliitetyssä eurooppalaisessa sähköverkossa tällainen toiminta tapahtuu useita kertoja päivässä. Koska resonanssi ei ole koskaan tarkka, kuormien ja muiden lähteiden hajautettu luonne vaimentaa. Kaikesta huolimatta jokaisessa näistä suurten silmukoiden sulkemisista koko eurooppalainen verkosto on voimakkaasti epätasapainossa muutaman sekunnin ajan. "Linjan lopussa" olevat maat näyttävät erityisesti heijastimen roolia (siis jännitystä, vaikka yksikään seisova aalto ei todellakaan ole aikaa vakiintua).
Tällainen ilmiö, vaikka lievennetään siinä määrin kuin mahdollista, jättää jäljet aina loppukäyttäjälle. Näihin tähteisiin on myös lisättävä kaikki samanlaiset ilmiöt (vaikkakin pienemmässä mittakaavassa), jotka vaikuttavat erilaisiin verkkoihin, joissa käyttäjän alhaisempi jännite on aina matalampi.
Tämäntyyppisen lähteen arkkityyppi on läsnä oleva "kytkentävirtalähde".
Useimmat nykyaikaiset elektroniset piirilevyt käyttävät nopeita logiikkapiirejä. Nämä integroidut piirit ja niitä yhdistävät liitännät ovat jyrkkien etuosien virtojen paikka, joka pystyy säteilemään sähkömagneettisia aaltoja laajalla spektrillä. Vaikka tämä säteily on melko matalalla tasolla, se voi erityisesti häiritä lähellä olevia radiovastaanottimia.
Tämän vakuuttamiseksi riittää, että sijoitat radiovastaanottimen tietokoneen lähelle ... Näiden järjestelmien suunnittelijoiden on kunnioitettava laitteiden säteilyä ja laitteissa mahdollisesti esiintyviä päästöjä koskevia EMC-direktiivejä. näiden laitteiden kaapelit.
Meidän on tehtävä tämä oikeudenmukaisuus kaikkien maiden armeijalle: Archimedes ja hänen tuliset peilit , joiden oletetaan sytyttäneen Rooman laivaston Syracusen eteen , ovat rahoittaneet runsaasti monia "Kuolemansäteen" ideoita vaihtelevilla tuloksilla ( ja joskus täysin odottamattomia, kuten tutka , jos uskomme Nikola Teslan elämäkerran ).
Tämän alueen vakavien tai hullujen ideoiden joukossa on kolme erityisesti CEM: ää:
Jo vuonna 1946 Yhdysvaltain hallitus sai kaksi varmuutta:
Siksi Yhdysvaltain armeija käynnisti laajan ydinaseiden testausohjelman. New Mexico , jossa ensimmäiset testit suoritettiin, jossa asukastiheys liian korkea jatkaa säteilytys, ja Japani on tullut liittolainen, nämä kokeet suoritettavasta atolli Bikini . Näihin testikampanjoihin sisältyi erilaisia tulityyppejä: maanpinnan tasolla, veden alla, ilmassa, lentokoneiden pommeja, tykistön säiliöitä tai miinoja, mukaan lukien kaksi peräkkäistä laukausta ilmakehän yläosassa .
Jokaisen tämän laukauksen jälkeen Havaijilla, joka sijaitsee yli 2000 km: n päässä, tapahtui sähkökatko , jonka aiheutti jättimäinen sähkömagneettinen pulssi, joka yhdessä sähkölinjojen kanssa laukaisi kaikki katkaisijat. Yhdysvaltain armeijan viranomaiset tarttuivat siten jättimäisen sähkömagneettisen pulssin potentiaaliin aseena.
Sähköinen sodankäyntiTahallisia sähkömagneettisia hyökkäyksiä käytetään sähköisen sodankäynnin yhteydessä tavoitteena vastustajan viestinnän häiritseminen tai hänen laitteidensa toimintahäiriöt.
Sähkömagneettiset aseet (MFP)Emme yritä laatia (mahdotonta) tyhjentävää luetteloa, vaan vain antaa muutamia esimerkkejä.
Mikä tahansa signaali, jolla on suuri muotokerroin (esimerkiksi pulssisignaali), riippumatta siitä, moduloiinko kantoaalloa vai ei, voi aiheuttaa "logiikkapiirin" tilan muutoksen . Jos tämä piiri osallistuu peräkkäiseen automaattiin (kuten tietokoneeseen), sisäistä tilaa voidaan muuttaa.
Tämä on erittäin salakavalaa muunnosta edellisestä tapauksesta. On syytä muistaa, että "logiikkapiirin" käsite on puhtaasti keinotekoinen. Nämä ovat itse asiassa analogisia piirejä, joilla on epälineaarinen läpäisykyky. Häiriön seurauksena lähtö voi joutua “½” -tilaan (“jonnekin 0: n ja 1: n väliin”) ajaksi, joka voi olla millisekuntia.
"Mooren laki", joka auttaa tätä ilmiötä, korostettuna ensimmäisillä CMOS-logiikkapiireillä, on nyt riski kaikille integroidun piirin tekniikoille, jotka käyttävät käänteisen liitoksen eristämistä. Integroidun piirin valmistuksen aikana luodaan ohimennen useita PNPN-rakenteita, joilla on riittävä vahvistus tyristorin muodostamiseksi . Riittää, kun pulssiilmiö (sähköinen signaali tai fotoni tai ionisoiva hiukkanen) laukaisee yhden näistä tyristoreista, jotta jälkimmäinen voi oikosulkea virtalähteen. Sieltä voi tapahtua useita asioita:
Sähkömagneettinen yhteensopivuus koskee määritelmänsä mukaan vain vaikutuksia laitteisiin, ei ihmisiin tai muihin biologisiin kokonaisuuksiin.
On kuitenkin otettava huomioon useita sähkömagneettisia ilmiöitä:
Yhteensopivuuden saamiseksi tai parantamiseksi voimme pelata kolmella "lähde / kytkentä / uhri" -triadin ehdolla:
Tämä koostuu usein kyseisen laitteen sähköisten korttien ympäristön käsittelystä, olipa kyseessä sitten uhri tai saastuttaja. On 6 tapaa erottaa uhrit lähteistä:
Sähkömagneettinen suojaus on jakaa tilan erillisiin sähkömagneettisten kenttien, jotkut "puhdas" ja muut "likainen" ilman mitään niiden välisen kommunikaation. Käytännössä elektroninen kortti sijoitetaan metallikoteloon, joka suojaa sitä ulkoiselta säteilyltä.
Suojaus on teoreettisesti erittäin tehokas heti, kun taajuudet ylittävät yhden megahertsin. Käytännössä se on aivan erilainen, koska sähköinen kortti on yleensä suhteessa ulkoa sähkökaapeleilla, jos vain sen virtalähteellä. Tällöin havaitaan, että suojauksen tehokkuus voidaan vähentää mitenkään, jos "yhteismoodin" virtoja ei ole estetty kaapeliläpivientien tasolla.
Katso määritelmä kappaleesta "yhteinen tila". Suojaus yhteismoodisignaaleilta koostuu uhrilaitteelle estämällä kaapeleiden aiheuttamat virrat pääsemästä elektroniseen korttiin ja häiritsemällä sen toimintoja. Häiriölaitteille tämä suojaus estää loisvirtausten poistumisen kortilta ja kiertymästä ulkoisissa kaapeleissa. Yhteisen moodin suojauksella on siis samat tavoitteet kuin kilpillä, ja se tekee jälkimmäisestä usein tehokkaan. Kuten olemme nähneet, ei ole mitään järkeä suojata laitetta, jos häiriöt kulkevat suojaukseen menevien liitosten läpi.
Tässä on joitain sääntöjä suojasta yhteismoodisignaaleilta, jotka koskevat sekä lähteitä että uhreja.
Jos kyseisessä laitteessa on metallikotelo ja jos kortilla on maadoitettu kerros, suojaus on helpompaa saada: korttiin tulevat kaapelit tulee suojata, jos mahdollista, liittämällä tämä johdin. Suojaus kortin maahan ja ennen kaikkea metallikoteloon, jossa se tulee koteloon. Siten yhteismoodivirta, joka virtaa vain suojan pinnalla, ohjataan kotelon ulkopinnalle menemättä siihen.
Tulojohtoa ei kuitenkaan aina voida suojata. Joten on tarpeen suodattaa yhteisen tilan virrat. Tietysti yhteismoodisignaalit voidaan suodattaa, estää tai irrottaa vain, jos johtimen kuljettamat hyödylliset signaalit ovat matalampia (tämä on taajuussuodatus, katso alla). Jos halutut signaalit ovat samalla kaistalla kuin yhteismoodisignaalit, kaapelisuoja voi ratkaista ongelman.
Estää yhteinen tila signaalit, joka on yhteinen mooditukahdutuksesta ferriitin ydin voidaan sijoittaa kaapelin ympärille, joka käsittää kaikki johtimet. Se on ratkaisu käsitellä kokonaista laitetta ja sen kaapeleita muuttamatta laitetta.
Muuten tehokkuuden lisäämiseksi käsittelemme kaapelin jokaista johtinta siten, että johtimen saapuvat korkean taajuuden virrat estetään tai muuten ohjataan kortin maahan ja metallikoteloon mahdollisimman lyhyellä polulla.
Yllä olevassa piirustuksessa on esitetty esimerkiksi yhteismoodivirran polku metallikotelon sisällä olevan kortin tapauksessa irrottamalla kukin johdin kondensaattorista: Ulkopuolelta johtuva yhteismoodivirran polku on seuraava: Se tulee kaapelin jokaisen johtimen läpi se kulkee johtimesta levylle (1), sitten kulkee irrotuskondensaattorin (2) läpi, siirtyy sitten maadoitettuun kerrokseen ja liittää sitten kotelon maadoituspylvään (3) läpi ja kiertää sitten kotelon sisäpinnan ja lopulta tulee ulos kotelosta kaapelin reiän kautta. Emme saa unohtaa, että virta kiertää vain metallin pinnalla eikä koskaan kulje kotelon seinän läpi! Yhteismoodivirta kulkee siten kotelon sisällä olevan silmukan läpi .
Siten, jos irrotus suoritetaan kortille, on tarpeen vähentää niin paljon kuin mahdollista silmukkaa, jonka läpi yhteismoodivirta kulkee laatikon sisällä, säteilyn välttämiseksi tämän laatikon sisällä. Tätä varten tarvitset:
Erittäin korkeilla taajuuksilla irrotuskondensaattorin impedanssi ei ole koskaan täysin nolla, ja irrotuskondensaattori ei ole riittävän tehokas ohjaamaan yhteismoodin virta maahan. Tästä syystä on suositeltavaa sijoittaa korkean taajuuden pysäytysimpedanssi sarjaan johtimen kanssa heti, kun se saapuu taululle.
Jos laitteessa ei ole metallikoteloa , suojausta on vaikeampi saada: sijoitamme suodattimet jokaiselle johtimelle ja ryhmittelemme kaikki kaapeliläpiviennit kortin samalla puolella: itse asiassa yhteisen tilan virta , joka kulkee yhdestä liittimestä toiseen kortin massan läpi, kulkee siten mahdollisimman lyhyen reitin eikä ylitä koko korttia. Jopa yhdellä kaapelin sisääntulolla yhteismoodivirta pyrkii kulkemaan kapasitanssin läpi kortin komponenttien ja ympäristön välillä kapasitiivisella kytkennällä. Ohjaamalla yhteismoodivirta alusta kohti kortin maata pienenee muiden komponenttien läpi kulkeva virta. Jos laite on jo suunniteltu, toinen paras vaihtoehto on pujottaa kaapeliin riittävän impedanssin omaava tavallisen vaimennuksen ferriitti.
Jos laitekortilla ei ole maatasoa , suojaa on erittäin vaikea saada. Tulee asettaa yksi kaapelin sisääntulo kortin läpi kulkevien yhteismoodin virtojen minimoimiseksi.
”Hyödyllisten” taajuuksien domeeni on erotettu ”saastuneiden” taajuuksien domeenista; sillä ehdolla, että ne eivät ole samat, tietysti, koska kaikki signaalit eivät ole "suodatettavia". Näimme esimerkiksi kappaleessa yhteisen tilan poistamisen, että voisimme "irrottaa" kondensaattorilla tietyt yhteydet. Nämä ovat yleensä yhteyksiä matalataajuisille signaaleille tai jopa DC: lle. Tämä "irrottaminen" ei ole muuta kuin alipäästösuodatus.
Suodatus voidaan toteuttaa symmetriselle moodille tai yhteiselle moodille.
Valitettavasti nykyaikaisissa tekniikoissa käytetään yhä nopeampia hyödyllisiä signaaleja, ja me kohtaamme usein tosiasian, että hyödylliset signaalit ja häiritsevät signaalit käyttävät yhteisiä taajuuskaistoja.
Jos saastuttajasignaalia ei ole jatkuvasti (ja sen läsnäolo voidaan ennustaa riittävän ajoissa), riittää, että uhri suojataan huonolla säällä. Esimerkiksi :
Yleensä tähän viitataan jännitteen leikkaamiseen .
Kun häiritsevä signaali on suurta amplitudia, uhrin laite voi kärsiä peruuttamattomista vaurioista; leikkaus koostuu häiritsevän signaalin amplitudin rajoittamisesta elektronisten komponenttien suojaamiseksi.
Tätä tarkoitusta varten löytyy ns. "Rajoittimia", jotka on sijoitettu rinnakkain liitäntöihin (tavallisessa tilassa tai differentiaalitilassa). On yleisesti hyväksyttyä, että laitteen toiminta keskeytyy häiriön aikaan (tämä riippuu kyseisten laitteiden toimintojen kriittisyydestä järjestelmässä, johon se on asennettu; ilma-alukseen asennettu aluksella oleva tietokone on ei missään tapauksessa saa esiintyä pienintäkään toimintahäiriötä salamaniskun aikana), kun leikkauskomponentilla on ennen kaikkea "selviytymistoiminto". Itse asiassa ei ole mahdollista erottaa hyödyllistä signaalia ja häiritsevää signaalia leikkauksen aikana. Useita komponenttityyppejä käytetään seuraavista kriteereistä riippuen:
Yleensä käytetyt komponentit ovat epälineaarisia komponentteja: diodit, tyristori, epälineaarinen vastus (varistori), kipinävälit jne.
Tähän sisältyy yleensä analogisen signaalin suojaaminen laskemalla peittovaikutus (kohinaa havaitaan vain, kun hyödyllinen signaali on heikko tai sitä ei ole ollenkaan. Esimerkiksi:
Uuden tuotteen sähkömagneettista yhteensopivuutta tutkittaessa on välttämätöntä aloittaa tuntemalla ympäristö, jossa tuotetta on tarkoitus käyttää. EMC-direktiivi määrittelee ”olennaiset vaatimukset”, jotka ovat velvollisuudet tuloksen. Tuote ei saa itse asiassa häiritä eikä häiritä ympäristöstä, jossa sitä on tarkoitus käyttää.
Direktiivissä määritellyn arviointimenettelyn mukaan tuotteen valmistajan on aloitettava tuotteensa EMC-arviointi. Valmistajan on sen vuoksi määriteltävä ympäristö, jossa hänen tuotteensa suunnitellaan (asuin-, teollisuus-, auto- jne.), Määritettävä, kumpi perhe hänen tuotteensa vastaa tuotteen käyttötarkoitusta (esimerkiksi multimedialaite, kotitaloussähkö, valaistus) ja selvittää tältä pohjalta, ovatko yhdenmukaistetut standardit (tai muut standardit tai tekniset eritelmät) riittäviä osoittamaan, että tuote on direktiivin olennaisten vaatimusten mukainen.
Standardin soveltaminen ei ole pakollista. CENELECin ja ETSI: n julkaisemat standardit vahvistavat kuitenkin tekniikan tason, jonka kaikki sidosryhmät tunnustavat maailmanlaajuisesti. EMC-direktiivillä luodaan yhteys yhdenmukaistettujen standardien ja EMC: n viimeisimmän tason välille määrittelemällä olennaisten vaatimusten noudattaminen. Lisäksi laitteen yhteensopivuus yhdenmukaistettujen standardien kanssa, joihin viitataan Euroopan unionin virallisessa lehdessä, takaa Euroopassa olettaman olevan direktiivin olennaisten vaatimusten mukainen.
Valmistajan EMC-arvioinnissa voidaan kuitenkin ottaa huomioon myös seuraavat seikat, jotka oikeuttavat sen tuotteelle ominaisen teknisen eritelmän, jolla taataan direktiivin olennaisten vaatimusten noudattaminen julkaistun standardin ulkopuolella:
Valmistaja voi ilman pakollisuutta pyytää myös ilmoitettua laitosta, joka antaa mahdollisuuden validoida koko EMC-tekninen asiakirja ja saada EU-tyyppitarkastustodistus, joka antaa vaatimustenmukaisuusolettaman.
Eri muodolliset velvoitteet ovat myös välttämättömiä vaatimusten noudattamiseksi (CE-merkintä, mallinumero, valmistajan ja maahantuojan osoite tuotteessa, vaatimustenmukaisuusvakuutus, tuotteen mukana toimitettavat EMC-ohjeet vastaanottavan tuotteen kielellä.).
Päätapoja on kaksi:
Lähestymistavasta riippumatta on löydettävä optimaalinen ristiriitainen vaatimus:
Tekniikoita on kaksi:
Sähkö- tai elektroniikkalaitteiden, lukuun ottamatta sen perustoiminnot, tehdas ilman tietomme vaihtovirran tai pulssin, jonka spektri on taajuus voi olla erittäin suuri (muutaman hertsin useita gigahertsin). Nämä virrat kiertävät laitteen eri kaapeleissa tai painetuissa piireissä, ja siksi kun nämä johtimet ovat pituudeltaan enemmän tai vähemmän hyviä antenneja, tapahtuu sähkömagneettisen kentän emissio.
Päästöt mitataan joko suoritettuna (melko matalataajuiset ilmiöt) tai säteilytettynä (melko korkeataajuiset ilmiöt) testattavan laitteen kanssa häiritsevimmässä toimintatilassa.
Laitteen rakennetta muuttamalla päästöjä voidaan vähentää huomattavasti. Huono suunnittelu CEM: n näkökulmasta voi kuitenkin vaatia kauaskantoisia muutoksia, mukaan lukien reititys. On tärkeää, että EMC-kysymys otetaan huomioon suunnitteluprojektin alusta lähtien.
Hyväksyttävät tasot ovat yleensä standardoituja. Niinpä siviililentokoneiden sähkölaitteita käsitellään RTCA / DO160F-standardilla (viimeisin versio, DO160G luonnosversiossa), eurooppalaisia kuluttajalaitteita käsitellään eurooppalaisilla standardeilla (lähes yhdenmukaiset kopiot CISPR- ja IEC-julkaisuista) ja niihin sovelletaan CE-merkintä.
Herkkyyttä käsittelevät tekniikat TerminologiaLaitteen herkkyys on taso häiriön, jolla laite toimintahäiriöitä.
Siedon taso on taso, johon laite on tehty testin aikana ja jota varten se on normaalisti.
Taitotaso (tai suorituskyky kriteeri ) on taso parametrien havaittu tuotteen katsotaan odotettu toimivan tuotteen. (Esimerkkejä: moottorin nopeuden vaihtelua ei saa muuttaa enempää kuin 5% ohjearvoon verrattuna, järjestelmän signaali-kohinasuhteen on oltava parempi kuin 50 dB , kirkkaus jne.). Useimmissa tuotestandardeissa (esim. EN 55014-2, EN 55035) määritetään taitotasot laitteiden päätoiminnoille. Epätyypillisissä toiminnoissa vain tuotesuunnittelija pystyy määrittelemään immuniteettitestien aikana huomioon otettavat taitotasot ja toiminnot. Se voi heijastaa nämä parametrit tuotteen mukana toimitettavissa asiakirjoissa loppukäyttäjälle.
KenraaliTietyillä erittäin saastuneissa ympäristöissä käytetyillä laitteilla on paljon korkeampi immuniteetti, esimerkiksi autoilla.
On olemassa tekniikoita laitteen rakenteen muokkaamiseksi standardin mukaiseksi.
Kuten voidaan kuvitella, lukuisien laitteiden yhdessäolo lentokoneessa tai autossa tarkoittaa, että kaikkia näitä laitteita ei ole integroitu ajoneuvoon ilman vakavia testejä.
CEM määrittää: kaapelien väliset aukot, kaapelien koostumuksen, laitteeseen asennettavat suodattimet, laitetta ympäröivän mekaanisen rakenteen jne.
Standardien edellyttämät testit mahdollistavat sen, että immuniteettitasoa noudatetaan, mutta jos testi on vaatimusten mukainen (ei toimintahäiriöitä), niiden avulla ei voida tietää laitteen herkkyyden tasoa.
PätevyyskriteeritTestin aikana simuloidun ilmiön mukaan määritetään, onko laite:
Muut elektroniset laitteet ja tarkoitukselliset lähettimet tuottavat sähkömagneettisia kenttiä. Testattavan laitteen tulisi toimia normaalisti, kun se altistuu näille sähkömagneettisille kentille.
Todennäköisimmässä toimintatavassaan konfiguroitu testattava laite sijoitetaan kaiuttomaan kammioon (tai jälkikaiuntaiseen sekoituskammioon (CRBM)). Tähän häkkiin on sijoitettu lähetinantenni, joka on kytketty tehovahvistimeen ja jonka itse toimittaa radiotaajuussignaaligeneraattori. Sitten koko vaadittu spektri pyyhkäistään taajuudella vaaditulla kenttätasolla ja moduloinnilla.
Suurimmalla osalla Euroopan kuluttajamarkkinoilla tällä hetkellä olevia elektronisia laitteita on 3 V / m: n immuniteetti säteileville sähkömagneettisille kentille taajuuksilla 80 MHz - 2,7 GHz .
Teollisuusympäristössä käytettäville laitteille ja sähkölääketieteellisille elämän ylläpitäville laitteille (joiden toimintahäiriö voi tappaa välittömästi) vaaditaan immuniteettitaso 10 V / m.
Testataan useita ilmiöitä:
Testiprotokolla koostuu yleensä erillisen häiriögeneraattorin kytkemisestä kytkentä- / irrotusverkon kautta testattavaan laitteistoon.
EMC-direktiivien ja -määräysten velvoitteet vaikuttavat kaikkiin aktiivista elektroniikkaa sisältäviin laitteisiin. Euroopan markkinoille saatettujen laitteiden (riippumatta siitä myydäänkö, lahjoitetaanko, lainataanko jne.) On oltava CE-merkintä , joka todistaa kaikkien sovellettavien eurooppalaisten direktiivien ja asetusten, mukaan lukien EMC-direktiivi, vaatimusten noudattamisen .
Näkökulmasta tarkasteltuna EMC-direktiivin , kiinteisiin asennuksiin, ei sovelleta CE-merkintää, on kuitenkin tarjottava samat takuut kuin laitteet, jotka voivat sen ansiosta soveltamista työtapaa.
Lisäksi on muita merkintöjä:
Lentokoneisiin asennettuihin materiaaleihin sovelletaan maailmanlaajuisia sertifikaatteja (FAR / JAR), samoin kuin lentokonevalmistajien erityisvaatimukset, jotka on varmistettu heidän valvonnassaan (loppujen lopuksi heillä on nimensä sanomalehdissä ongelmien sattuessa ).
Sertifikaatti korvaa CE-merkinnän.
Toisaalta maahan jäävät ilmailuvälineet ovat CE-merkittyjä kuin tavalliset teollisuuslaitteet.
Erityisvaatimukset myös avaruusaluksille ja sotatarvikkeille. Jos ensimmäisen asema on selvä, jälkimmäisen vapautus (useimmissa Euroopan maissa) johtuu Rooman sopimuksen jostakin lausekkeesta, jossa hallitukselle annetaan lupa olla soveltamatta yhteisön päätöstä sotatarvikkeisiin. Ranskassa tämä päätös, joka koskee vain "vanhan mallin" EMC-direktiiviä (vanhentunut vuonna 2007), sisältyy ministeriöiden väliseen kiertokirjeeseen, josta ei ole ilmeisesti koskaan ilmoitettu Euroopan komissiolle.