аборатория OATS компании Agilent Technologies для исследований аппаратуры на ЭМС

Что нужно знать об испытаниях на выполнение требований по ЭМС для изделий коммерческого назначения

Опубликовано в номере:
PDF версия
Испытания изделий на выполнение требований по электромагнитной совместимости (ЭМС) охватывают широкий спектр разнообразного электрического и электронного оборудования коммерческого назначения. Основные ограничения накладываются как на уровни электромагнитного излучения в зависимости от типа электромагнитных помех, так и на уровни устойчивости к их воздействию. В основу статьи положен материал [2] из публикации [1] с комментариями, дополнениями, уточнениями и пояснениями в соответствии с действующими международными стандартами и стандартами, используемыми на территории Российской Федерации.

В рамках первой из анонсированных в [3] статей нас будут интересовать общие требования по электромагнитной совместимости (ЭМС) для продуктов коммерческого рынка. То есть для изделий массового применения, таких как оборудование информационных технологий (компьютеры и их периферийные устройства), бытовая техника, светильники, электроинструменты и широкий спектр других изделий чисто коммерческого направления. Особое место в этом ряду занимают приборы медицинского назначения и электронное оборудование для автомобилей, что связано с повышенными потенциальными рисками при некорректном функционировании подобных продуктов.

Стандарты, регламентирующие требования по ЭМС на конкретный тип оборудования, включают ограничения на предельные уровни индустриальных радиопомех, содержат методы испытаний и нормативы для испытательного оборудования. Требования могут различаться, например для медицинского и автомобильного оборудования они предельно ужесточены. Тем не менее все стандарты в части испытаний на выполнение требований по ЭМС коммерческого назначения имеют несколько общих черт и подпадают под международные стандарты серии IEC 61000 и CISPR [3]. У большинства данных стандартов есть национальные аналоги либо в аутентичном переводе, либо с учетом национальных требований. Соответствие изделий коммерческого направления требованиям стандартов по ЭМС, как и стандартов по безопасности, является обязательным, предусматривает необходимую сертификацию и контролируется специальными органами.

Испытания на ЭМС подразумевают проверку на уровни индустриальных радиопомех (и связанные с ними ограничения) и применяются для коммерческого оборудования, в первую очередь для обеспечения защиты каналов радио- и телевещания и других служб радиосвязи. Несмотря на то, что до широкого выхода на рынок персональных компьютеров существовало некоторое ограниченное число стандартов, регламентировавших уровни электромагнитного излучения, именно распространение цифрового электронного оборудования стимулировало дальнейшую разработку подобных стандартов и правил. Это было связано с большим числом жалоб на помехи, непосредственной причиной которых стали как раз новые для рынка устройства.

Первые персональные компьютеры были спроектированы и построены без учета уровня их собственного радиочастотного излучения и, как следствие, генерировали электромагнитные поля высокого уровня и в широком частотном диапазоне. В общем смысле можно утверждать, что первые персональные компьютеры служили своеобразными широкополосными радиопередатчиками, маскирующимися под компьютеры. Компьютеры в стойках также имеют аналогичные недостатки, но, как правило, они не устанавливаются в жилых районах, так что их негативное воздействие ощущалось меньше. Здесь необходимо учитывать, что под индустриальными радиопомехами подразумевается электромагнитная помеха, формируемая техническими средствами. Причем к индустриальным помехам не относятся помехи, создаваемые излучениями выходных трактов радиопередатчиков.

Индустриальные помехи могут быть в виде наведенных или излучаемых электромагнитных помех. Поэтому испытания на уровни электромагнитных помех обычно содержат два вида тестов: кондуктивные электромагнитные помехи, которые наводятся и присутствуют на линиях подключения питания и телекоммуникационных портах устройства, и помехи, излучаемые самим устройством. Граничная точка между этими двумя видами электромагнитных помех в стандартах на оборудование коммерческого назначения установлена равной 30 МГц. Эта частота выбрана исходя из того, что на типичных расстояниях для измерения уровней электромагнитного излучения (в настоящее время 3 и 10 м) частоты выше 30 МГц обеспечивают излучение в виде плоской волны. Это так называемое условие дальнего поля, или поле дальней зоны (англ. far rield), — область, в которой плотность потока мощности излучения приблизительно обратно пропорциональна квадрату расстояния от антенны. Это позволяет проводить довольно точно повторяемые измерения, не имеющие критической зависимости от оборудования конкретной лаборатории, в которой они проводятся, и условий испытаний. Таким образом, мы достигаем высокой повторяемости результатов, а не имеем набор неких случайных измерений. Ниже частоты 30 МГц это может быть труднодостижимо, и измеряются только кондуктивные помехи.

Уровни кондуктивных помех на линиях питания устанавливаются на основе совместной проверки источника таких помех и их приемника, подключенных к одной и той же линии электропитания. Максимально допустимые уровни кондуктивных помех на телекоммуникационных портах устанавливаются с учетом преобразования дифференциальных сигналов (используемый для передачи сигнал) кабеля, частично преобразующихся в синфазный сигнал, который затем излучается. Это связано с неидеальностью характеристик линии передачи, в большей степени — кабеля, реже из-за рассогласования импеданса точек его подключения.

В стандартах под понятием «телекоммуникационный порт» подразумевают порт связи — место соединения, в котором осуществляется передача речи, данных и сигналов, обеспечивающих взаимосвязь широко разветвленных систем посредством подключения оборудования к многопользовательским телекоммуникационным сетям — например, коммутируемым телефонным сетям общего назначения (PSTN), цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN), цифровым абонентским линиям типа х (xDSL), локальным вычислительным сетям (Ethernet, Token Ring и т. д.) и аналогичным сетям связи.

Однако если такой порт предназначен исключительно для связи между компонентами системы (например, интерфейс RS‑232, универсальная последовательная шина USB и т. п.) и он используется в соответствии со своими функциональными характеристиками и с учетом максимально допустимой длины кабеля связи, то, согласно требованиям действующих в настоящее время стандартов по ЭМС, кондуктивные помехи на таких линиях связи не рассматриваются.

 

Кондуктивные электромагнитные помехи

Уровни кондуктивных помех, наведенных на линиях подключения электропитания, обычно измеряются с помощью эквивалента сети. В качестве такого эквивалента используется схема стабилизации полного импеданса линии, известная как LISN (англ. Line Impedance Stabilization Network), или эквивалента сети AMN (англ. Artificial Mains Network). Это два названия одного и того же устройства, однако в русскоязычной технической литературе и стандартах ГОСТ Р чаще употребляется термин «эквивалент полного сопротивления сети» (ЭПСС) и реже LISN; один из наиболее часто применяемых вариантов ЭПСС приведен на рис. 1.

Часто используемый вариант ЭПСС

Рис. 1. Часто используемый вариант ЭПСС:
а) принципиальная схема однопроводного V образного эквивалента сети типа 4 (50 Ом/50 мкГн) на полосу частот 0,009–30 МГц ГОСТ Р 51319-99;
б) внешний вид современного комплексного ЭПСС типа PMM 7010 компании Narda Safety Test Solutions Srl. (Италия) [7], соответствует требованиям CISPR 16-1-1
Примечание. В фильтре для полосы частот 150 кГц – 30 МГц R1 = 0 Ом.

На рис. 2 показана обобщенная блок-схема испытательной установки. Для того чтобы обеспечить определенный импеданс линии электропередачи и точку соединения с приемником, эквивалент сети ЭПСС размещают между тестируемым оборудованием и входящей линией электропитания (сети). Эквивалент подключается непосредственно к входу подачи питания. В зависимости от предполагаемой установки испытуемого оборудования (стол или заземленная поверхность) изделие при испытаниях размещается либо на горизонтальной заземленной плоскости на полу на изолирующей подставке, например поддоне высотой 0,1 м ±25%, либо на непроводящем столе высотой 80 см (рис. 2). На практике испытательный приемник находится вне пределов камеры [8].

Подключение испытательного оборудования  при измерении кондуктивных помех в линиях электропитания

Рис. 2. Подключение испытательного оборудования при измерении кондуктивных помех в линиях электропитания

Необходимо учитывать, что в стандартах ГОСТ Р под термином «испытуемое оборудование» (ИО) подразумевают отдельно применяемое оборудование, а под термином «ОИТ» понимается функционально взаимодействующая группа образцов ОИ (система), которые содержат один или несколько основных блоков, и именно такая группа является объектом испытаний.

Уровень помех в интересующем диапазоне частот проверяется соответствующими детекторами с заданной полосой пропускания (обычно селективным вольтметром), а результаты измерений фиксируются испытателем. Измерения проводятся на каждом проводнике линии электропитания отдельно. Большинство стандартов на соответствие требованиям ЭМС коммерческого оборудования предусматривают измерения, выполненные в диапазоне частот 150 кГц – 30 МГц, однако иногда этот диапазон расширяется до 9 кГц – 30 МГц (чаще для изделий специального назначения). При измерениях в качестве испытательного приемника используется селективный микровольтметр, для которого регламентирована величина отношения синусоидального напряжения к спектральной плотности напряжения импульсов на входе, которая вызывает одинаковое показание измерительного прибора, содержащего инерционные детекторы. В специальных лабораториях обычно используют приборы с автоматической фиксацией показаний в виде графика и выводом сопутствующих ему таблиц. Здесь измерения осуществляются без вмешательства персонала [8], что исключает влияние человеческого фактора. Сами измерения выполняются по так называемому принципу наихудшего случая.

 

Излучаемые электромагнитные помехи

Излучаемые электромагнитные помехи могут быть измерены либо на открытых измерительных площадках OATS (англ. Open Area Test Site), либо в экранированных полубезэховых радиочастотных камерах SAC (англ. RF Semi-Anechoic Chamber). Здесь необходимо уточнить следующее: под понятием «измерительная площадка» подразумевается площадка, пригодная для измерения помех, излучаемых испытуемым устройством, параметров и характеристик ЭМС технического средства и отвечающая регламентированным требованиям. Под понятием «экранированная камера» понимают помещение, обладающее свойствами экранирования для разделения внутренней электромагнитной обстановки от внешней. А понятие «полубезэховая камера» предполагает экранированное помещение, все внутренние поверхности которого покрыты безэховым материалом, за исключением пола (пластины заземления), который должен отражать электромагнитные волны (рис. 3). В отличие от полубезэховой камеры безэховая камера — это экранированная камера с поглощающим электромагнитные волны покрытием всех внутренних поверхностей. Такая камера может трансформироваться из полубезэховой с помощью установки напольных поглотителей электромагнитных волн, что, как правило, и используется на практике.

Большая полубезэховая испытательная камера компании EMC Technologies

Рис. 3. Большая полубезэховая испытательная камера компании EMC Technologies (Виктория, Австралия)

Идеальным решением является метод измерения в условиях открытого пространства OATS, который можно назвать золотым стандартом, однако и здесь не все так просто, как хотелось бы. Такая испытательная лаборатория представляет собой большую открытую площадку, свободную от объектов, способных отражать радио-частотную энергию, и оснащенную отражающей «землей». Размер радиопрозрачной области определяется в различных стандартах как эллиптическая область, большая ось которой в два раза превышает расстояние измерения, а малая ось — квадратный корень от трехкратного расстояния до точки измерения.

Опыт показывает, что такие размеры недостаточны для измерений. Поэтому было опробовано их двукратное увеличение, но даже оно, как было выяснено впоследствии, имеет свои недостатки. Особенно ярко они выражены, когда для обеспечения безопасности площадка ОАТС окружена защитным токопроводящим ограждением.

На рис. 4 показана типичная лаборатория OATS. Измерительная зона этой площадки, как можно видеть, занимает ее большую часть. Она приподнята над поверхностью земли, а поворотный стол, на котором располагаются тестируемые устройства, защищен радиопрозрачной надстройкой. Для исключения влияния на результаты измерения все коммуникации, в том числе воздуховоды для кондиционирования воздуха, выполнены под землей, а сами вспомогательные установки расположены за пределами измерительной зоны.

аборатория OATS компании Agilent Technologies для исследований аппаратуры на ЭМС

Рис. 4. Лаборатория OATS компании Agilent Technologies для исследований аппаратуры на ЭМС

Существенным недостатком технологии измерения с использованием OATS является то, что дополнительно фиксируется излучение от тестируемых устройств. Для обеспечения заданной точности площадки OATS должны располагаться в очень отдаленных местах. И даже это, в нынешней ситуации с электромагнитным загрязнением среды, не гарантирует, что уровень собственного электромагнитного излучения окружающей среды останется низким. Вот почему многим компаниям приходится использовать исключительно экранированные камеры с 10‑метровым измерительным расстоянием (рис. 3). Впрочем, испытания на требования по ЭМС на открытых площадках еще не утратили своей актуальности и проводятся до сих пор.

Предприятие, где работал автор статьи, ввиду своей специфики также имело собственный испытательный полигон, но в 1980‑х на нем выполняли лишь испытания антенн. Проводить испытания на уровень радиопомех было уже практически невозможно. Измерения проходили исключительно в экранированных и полубезэховой камерах. Тем не менее однажды у автора статьи возникла необходимость провести проверку уровня радиопомех от системы многоканальной проводной связи, развернутой на объекте. Измерения были выполнены передвижной лабораторией при помощи направленных антенн, а отдельные составляющие системы дополнительно тестировались в экранированных камерах испытательной лаборатории.

Независимо от того, проводятся ли измерения на открытых площадках OATS или в экранированных камерах SAC, блок-схема испытательной установки остается одной и той же. Электромагнитные помехи от испытуемого оборудования измеряются с помощью направленной антенны для конкретного частотного диапазона, предварительного усилителя (при необходимости) и измерительного приемника (обычно селективного вольтметра). Измерения проводятся в вертикальной и горизонтальной поляризации соответствующей установкой антенны. Пример современного комплекта данного оборудования показан на рис. 5.

Рис. 5. Оборудование для оценки уровня излучения электромагнитных помех. Измерительный приемник с анализатором спектра PMM 9010F производства компании Narda Safety Test Solutions Srl. (Италия) [8] в комплекте с широкополосной логопериодической антенной LP 02 и согласующим устройством PMM 9030. Оборудование соответствует требованиям CISPR 16-1-1

При проведении измерений для оценки уровня излучаемых радиопомех может возникнуть необходимость в сканировании по высоте, как это показано на схеме, приведенной на рис. 6. Цель сканирования следующая: отрегулировать высоту антенны так, чтобы прямые и отраженные сигналы были максимальными. Пример мачты с подвижной антенной показан на фотографии площадки OATS компании Agilent Technologies (рис. 4).

Диаграмма, показывающая прямую и отраженную волны. Высота антенны настраивается для достижения максимального измерения

Рис. 6. Диаграмма, показывающая прямую и отраженную волны. Высота антенны настраивается для достижения максимального измерения

Испытания на соответствие изделий требованиям по уровням индустриальных радиопомех нужны во многих странах. Кроме того, в ряде стран проводятся и испытания коммерческих продуктов на устойчивость к воздействию внешнего электромагнитного излучения. Такие виды испытаний проводятся в основном в развитых странах, и производители коммерческого оборудования должны знать о подобных нюансах и учитывать их при проектировании и изготовлении продукции, предназначенной для экспорта.

 

Испытания коммерческого оборудования на устойчивость к электромагнитным воздействиям

Под электромагнитной совместимостью (ЭМС) технических средств подразумевают не только соответствие допустимым уровням индустриальных радиопомех, но и способность технических средств функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных электромагнитных помех. Термин «ухудшение (качества функционирования)» предусматривает нежелательное изменение рабочих характеристик изделия в результате воздействия помех, причем такое понятие необязательно означает сбой или отказ в работе.

Если мы говорим о возможности должного функционирования изделий в реальных условиях эксплуатации при воздействии на них непреднамеренных электромагнитных помех, то в этом случае изделия коммерческого назначения обычно подвергаются следующим типам испытаний.

 

Испытание на невосприимчивость к электрическому разряду

Существует два типа испытаний на невосприимчивость к электрическому разряду (иногда это называют на устойчивость) — контактный разряд и разряд по воздуху. При тестировании технических средств на воздействие электростатических разрядов применяются генераторы (имитаторы) электростатических разрядов (ЭР). Они программируются на точное воспроизведение ЭР в соответствии с требованиями стандартов. При проверке на устойчивость к контактному разряду наконечник имитатора ЭР помещается в выбранную точку и начинается разряд, который происходит внутри имитатора. Результаты таких испытаний имеют высокую степень достоверности и хорошо повторяемы. При испытаниях на воздушный разряд имитатор заряжается до указанного в стандарте напряжения, а затем приводится в контакт с испытуемым оборудованием. В этом случае разряд происходит еще до прямого контакта по воздушному зазору между наконечником имитатора и изделием.

Здесь важно учитывать, что электростатические разряды должны быть поданы только на такие точки и поверхности испытуемого оборудования, к которым предполагается прикосновение во время его обычной работы, в том числе пользователей, например при очистке или возобновлении расходных материалов при включенном оборудовании, в соответствии с руководством по эксплуатации. Электростатические разряды подаются в определенном количестве, причем как в положительной, так и в отрицательной полярности.

Насколько велик этот зазор, зависит от целого ряда факторов, среди них: уровень атмосферного давления, температура среды и оборудования, угла подноса щупа и относительная влажность. Зазор также зависит от того, насколько быстро оператор подносит электростатический пистолет к тестируемому устройству. Испытание на устойчивость к воздушному разряду не отличается высокой степенью повторяемости, но имитирует возможное неконтактное воздействие статического электричества. Испытания на воздушный разряд проводят для тех элементов оборудования, где нельзя выполнить тест методом контактного разряда. Если такая проверка необходима, то изделие должно быть исследовано для определения доступных пользователю мест, где может произойти данный пробой. Обычно следует выполнять оба типа испытаний. Для компьютерного оборудования согласно основному стандарту CISPR 24 “Information technology equipment — Immunity characteristics — Limits and methods of measurement” требуется испытание на контактный разряд при напряжении 4 кВ и воздушный разряд до 8 кВ (в РФ действует идентичный ГОСТ CISPR 24-2013 «Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование информационных технологий. Устойчивость к электромагнитным помехам. Требования и методы испытаний»). Испытания обычно выполняются с помощью оборудования и процедур, указанных в стандарте IEC 61000-4-2 (ГОСТ 30804.4.2-2013 «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний» идентичен IEC 61000-4-2:2008). Испытуемое оборудование может реагировать на такие воздействия, но после испытания должно самовосстановиться. Классическим примером является компьютер, воспроизводящий музыку через акустическую систему. Во время электростатического разряда вы услышите щелчок, но музыка будет воспроизводиться далее. В этом случае тестирование прошло успешно. Если воспроизведение музыки прекратилось и потребовалось вмешательство оператора для ее повторного запуска или произошла потеря данных, это будет считаться отказом.

Для испытаний на воздействие электростатических разрядов может использоваться модель человеческого тела (англ. Human Body Model, HBM) и модель механического устройства (англ. Model of Mechanical Device, MOD), иногда ее называют «модель заряженного устройства». Названия моделей говорят сами за себя. Первая имитирует непосредственное прикосновение человека, несущего на себе накопленный заряд статического электричества, а вторая — контакт с оборудованием. Обе модели описаны в соответствующих стандартах, регламентирующих форму воздействующего электростатического импульса и уровни воздействия. Причем для одного и того же оборудования уровни устойчивости к воздействию импульсов разных моделей отличаются, для чего используется классификация устойчивости в зависимости от выбранной модели.

 

Испытание на устойчивость к излучаемому радиочастотному электромагнитному полю

Испытание на устойчивость к излучаемому радиочастотному электромагнитному полю устанавливает соответствие требованиям устойчивости электрического и электронного оборудования к излучаемой электромагнитной энергии. Цель данной проверки — установление общей основы для оценки устойчивости электрического и электронного оборудования к воздействию излучаемых радио-частотных электромагнитных полей.

Обычно процедура производится в диапазоне частот 80 МГц – 1 ГГц, хотя более новые стандарты предусматривают испытания вплоть до 6 ГГц, что вызвано широким распространением беспроводных технологий и новых стандартов сотовой связи. Так, цифровой стандарт мобильной связи GSM‑1800 действует в диапазоне частот 1710–1880 МГц с выходной мощностью передатчика до 1 Вт. Это испытание проводится в полностью безэховой камере или SAC со съемными поглотителями, расположенными на полу, за счет чего создаются условия открытого пространства. Сама же экранированная среда необходима для того, чтобы не возникло негативного влияния на окружающую электромагнитную обстановку. Такое загрязнение в ряде стран регламентируется, а нарушение может привести к существенным штрафам от контролирующих органов. Текущие требования по испытаниям установлены в стандарте IEC 61000-4-3 «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний», который является основополагающим документом в части ЭМС (в РФ действуют ГОСТ 30804.4.3-2013, соответствующий редакции IEC 61000-4-3:2006, и ГОСТ IEC 61000-4-3-2016, идентичный международному стандарту IEC 61000-4-3:2010).

Стандарт IEC 61000-4-3 основан на использовании концепции плоскости однородного поля (англ. uniform field area, UFA), представляющей собой гипотетическую вертикальную плоскость поля, в которой изменения напряженности испытательного электромагнитного поля находятся в заданных пределах. Стандарт предусматривает следующее: до того как тестируемое устройство будет помещено в испытательное поле, напряженность поля должна быть равномерной и отвечать определенным условиям. Калибровку поля проводят в отсутствие испытуемого оборудования. Обычно оценивается устойчивость тестируемого изделия с четырех сторон. Причем в течение всей проверки изделие должно продолжать работать так, как будто ничего с ним не происходит, или самовосстанавливаться без потерь данных. Только в этом случае считается, что устройство успешно прошло данный вид испытаний.

 

Испытание на устойчивость к электрическим быстрым переходным процессам (пачкам)

Такое испытание должно продемонстрировать устойчивость электрического и электронного оборудования к различным переходным электромагнитным помехам, аналогичным возникающим в результате коммутационных процессов (прерываний индуктивных нагрузок, размыканий контактов реле и т. п.).

В ходе испытания оборудование подвергается воздействию пачек импульсов переходных процессов, подаваемых на порты электро-питания, управления, сигналов и заземления, любые сигнальные линии длиной свыше 3 м. Существенными особенностями данных испытаний являются высокая амплитуда, малое время нарастания, высокая частота повторения и низкая энергия воздействующих импульсов.

Как и при испытаниях на невосприимчивость к электрическому разряду, после воздействия тестируемое оборудование должно продолжать работать без вмешательства оператора, но может реагировать на такое воздействие по мере его возникновения при условии, что система самовосстанавливается без потери данных. Испытательное оборудование, методы контроля и оценки результатов описаны в стандарте IEC 61000-4-4 (в РФ действует ГОСТ IEC 61000-4-4-2016 «Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 4-4. Методы испытаний и измерений. Испытание на устойчивость к электрическим быстрым переходным процессам (пачкам)», идентичный IEC 61000-4-4:2012).

 

Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии

Данный вид испытания должен продемонстрировать устойчивость электрического и электронного оборудования к воздействию микросекундных импульсных помех (МИП) большой энергии, вызываемых перенапряжениями, возникающими в результате коммутационных переходных процессов и молниевых разрядов. Степени жесткости испытаний на устойчивость к МИП определяются для различных условий электромагнитной обстановки и условий эксплуатации.

В общем случае проверка имитирует то, что происходит в цепи при подаче питания на испытуемое оборудование во время близкого удара молнии. С этой целью на вход питания тестируемого оборудования подаются высокие выбросы энергии. Подробности выполнения такой процедуры и испытательное оборудование, необходимое для проведения испытаний на перенапряжение, приведены в стандарте IEC 61000-4-5 (в РФ действует ГОСТ Р 51317.4.5-99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. Требования и методы испытаний», который идентичен стандарту IEC 61000-4-5 в редакции 1995-02).

 

Устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями

Проблема, которая привела к использованию этого метода испытаний, вызвана тем, что в стандартах на устойчивость к воздействию радиочастотных полей за граничную точку выбрана частота 80 МГц. Выбор связан с тем, что создание однородных полей ниже 80 МГц крайне затруднено. В результате ниже этого предела радиочастотная энергия обычно вводится непосредственно в кабели, подключенные к тестируемому оборудованию. Пример блок-схемы для такого типа испытаний показан на рис. 7. Аттенюатор с фиксированным вносимым затуханием 6 дБ должен быть расположен как можно ближе к устройству связи/развязки (англ. Coupling Decoupling Network, CDN) или включен в его состав. Указанный аттенюатор не применяют, если выходное сопротивление широкополосного усилителя мощности находится в установленных пределах при любых условиях нагрузки. Хотя это и неясно показано в IEC 61000-4-6, но причина его установки как можно ближе к устройству связи/развязки заключается в том, что аттенюатор обеспечивает согласованный импеданс линии передачи, максимизируя передачу мощности на само устройство, входной импеданс которого точно не известен. В противном случае можно просто потерять половину сгенерированной мощности. (В РФ действует ГОСТ Р 51317.4.6-99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями. Требования и методы испытаний», аналогичный стандарту IEC 61000-4-6 в редакции 1996-03.)

испытательная установка для оценки влияния наводимых электромагнитных помех согласно ГОСТ Р 51317.4.6-99

Рис. 7. Обобщенная испытательная установка для оценки влияния наводимых электромагнитных помех согласно ГОСТ Р 51317.4.6-99:
Т2 — аттенюатор 6 дБ;
Т — нагрузка 50 Ом;
УСР — устройство связи/развязки;
ИТС — тестируемое устройство;
ТС — техническое средство

Типичный частотный диапазон для проверки на устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями, для коммерческого оборудования составляет 150 кГц – 80 МГц. Кроме указанного метода ввода помехи, используют ее ввод с помощью клещей (ГОСТ Р 51317.4.6-99).

 

Испытания на устойчивость к магнитному полю промышленной частоты

Этому типу испытаний должно подвергаться электрическое и электронное оборудование, которое, исходя из его природы и назначения, может иметь проблемы с помехоустойчивостью к магнитному полю промышленной частоты. Такие продукты, как указано в стандарте CISPR 24, содержат дисплеи с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), датчики магнитного поля и устройства на базе эффекта Холла. При проверке тестируемое оборудование помещается в середине большой катушки, через которую протекает ток заданной промышленной частоты для создания нужного уровня магнитного поля (например, 1 A/м, как сказано в CISPR 24), а тестируемое оборудование проверяется на правильность работы. При этом оборудование подвергается воздействию магнитного поля по всем трем осям координат. Большинство продуктов не требует подобной проверки, но она включена в семейство стандартов IEC 61000 по испытаниям на уровни ЭМП и требования по ЭМС. Порядок тестирования подробно описан в стандарте IEC 62000-4-8 (аналога этому стандарту в РФ нет, однако есть аналог Республики Беларусь ГОСТ IEC 61000-4-8-2013 «Электромагнитная совместимость. Часть 4-8. Методы испытаний и измерений. Испытания на устойчивость к магнитному полю промышленной частоты», разработанный в рамках Евразийского союза, но он не согласован РФ).

 

Устойчивость к провалам, кратковременным прерываниям и изменениям напряжения электропитания

Испытания предназначены для проверки устойчивости электрического и электронного оборудования к реально возможным кратковременным колебаниям напряжения питания и выполняются методом моделирования данной ситуации. Провалы и кратковременные прерывания напряжения возникают из-за неисправностей в электрических сетях и установках, вызываемых, прежде всего, короткими замыканиями, а также из-за внезапного резкого изменения нагрузки, или сброса/наброса нагрузки. В определенных случаях могут возникать два или более последовательных провала или прерывания напряжения питания.

В случаях, установленных в стандарте CISPR 35 “Electromagnetic compatibility of multimedia equipment — Immunity requirements”, который, как отмечено в [3], заменит собой стандарты CISPR 20 и CISPR 24, выполняются три типа проверки с использованием компьютеризованного источника питания. Первая проверка — уменьшение напряжения не менее чем на 95% в течение полупериода напряжения питания. Изменение напряжения должно располагаться от нулевого пересечения, это, собственно, и означает, что один полупериод напряжения питания, поданного на испытуемое оборудование, пропущен. Тестируемое устройство может реагировать на такое возмущение, но должно самовосстанавливаться без вмешательства оператора. Второй тест — 30%-ное снижение (70% остается) напряжения в течение половины секунды (25 периодов при питании напряжением с частотой 50 Гц или 30 циклов при 60 Гц), которое воспринимается как кратковременный провал. Здесь изделие также может реагировать на подобное возмущение и самовосстанавливаться без вмешательства оператора. Третий тип проверки обычно предусматривает снижение входного напряжения в течение 5 с не менее чем на 95%, имитируя ситуацию, напоминающую ту, когда шнур питания вынут из розетки на 5 с, а затем снова подключен. Очевидно, что, если у испытуемого устройства нет встроенной батареи или оно не используется с источником бесперебойного питания (ИБП), это приведет к сбою. Если при таком воздействии функционирование испытуемого оборудования может быть восстановлено оператором в соответствии с инструкциями по эксплуатации и все данные, защищенные резервным аккумулятором, будут сохранены и не повреждены, считается, что испытуемое оборудование прошло проверку. Подробности выполнения этой процедуры и оборудование, необходимое для проведения испытаний, приведены в стандарте IEC 61000-4-11 (в РФ действует ГОСТ 30804.4.11-2013 (IEC 61000-4-11:2004)/ГОСТ Р 51317.4.11-2007 (МЭК 61000-4-11:2004) «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к провалам, кратковременным прерываниям и изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний», однако настоящий стандарт модифицирован по отношению к международному стандарту IEC 61000-4-11:2004).

Что касается особенностей медицинского оборудования в части ЭМС, здесь можно обратиться к публикации [4], а советы по выполнению требований к ЭМС автомобильной электроники приведены в [5]. Полные перечни международных стандартов, стандартов отдельных стран и стандартов компаний, регламентирующих вопросы производства коммерческого оборудования, включая медицинское оборудование и автомобильную электронику, представлены в [1, 6].

Уровни соответствия, используемые как граничные при испытаниях коммерческого оборудования, предназначены для обеспечения разумной степени уверенности в том, что продукт будет должным образом работать в предполагаемой среде, и не представляют собой проверки на худший случай, но на протяжении многих лет являются адекватными. В реальности большинство продуктов характеризуют более низкие уровни собственных индустриальных радиопомех, и они показывают более высокую устойчивость к воздействиям, если бы испытания проводились до достижения точки разрушения. А потому при правильном подходе к проектированию обычно используемые конструктивные решения, характерные для конкретных типов коммерческих продуктов, вполне достаточны для обеспечения их соответствия требованиям ЭМС и должного функционирования.

Литература
  1. 2017 EMC TESTING GUIDE, INTERFERENCE TECHNOLOGY GUIDE SERIES, 2017 ITEM Media. 
  2. Ghery Pettit, SUMMARY OF COMMERCIAL EMC TESTS. Pettit EMC Consulting
  3. Рентюк В. Электромагнитная совместимость: проблема, от решения которой не уйти // Компоненты и технологии. 2017. № 7.
  4. Ле Февр П. Электропитание и проблемы электромагнитной совместимости оборудования при работе в медицинских средах // Компоненты и технологии. 2016. № 5.
  5. Зауэрвальд М. Десять советов для успешного проектирования автомобильной электроники с выполнением требований по ЭМС/ЭМП // Компоненты и технологии. 2016. № 5.
  6. 2017 EMC FUNDAMENTALS GUIDE, INTE-RFERENCE TECHNOLOGY GUIDE SERIES, 2017 ITEM. 
  7. PMM 7010 All-in-one EMI Receiver, Narda Safety Test Solutions Srl.
  8. PMM 9010, PMM 9030, PMM 9060 Fully CISPR-Compliant Digital EMC/EMI receivers 10 Hz – 6 GHz, Narda Safety Test Solutions Srl. 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Дополнительный материал

Осциллографы высокого разрешения серии WavePro HDR для испытаний на ЭМС

Осциллографы высокого разрешения серии WavePro HDR для испытаний на ЭМСВысокая частота дискретизации и глубокая память осциллографов WavePro HDR в сочетании с программным пакетом измерения параметров ЭМС импульсов позволяет выполнить точный анализ импульсных сигналов.

Анализ импульсных сигналов

Для анализа импульсных сигналов с быстрым фронтом необходим осциллограф с полосой пропускания 2,5–4 ГГц и высокой частотой дискретизации. WavePro HDR полностью отвечает данным требованиям, благодаря частоте дискретизации 20 ГГц, АЦП 12 бит и погрешности по вертикали 0,5% и обеспечивает точный анализ импульсных сигналов.

Захват на длительном интервале времени

Осциллографы WavePro HDR сочетают высокую частоту дискретизации и исключительно длинную память, позволяющую обеспечить захват всех нюансов и деталей последовательностей импульсов на более длительном интервале времени.

Программный пакет ЭМС измерений

Программная опция для ЭМС измерений полностью настраиваемая и позволяет выполнить измерения в соответствие с необходимым стандартом. Возможно выполнение установки пределов для игнорирования некоторых провалов, выбросов и аномалий. Фильтрация измерений позволяет выявить мешающие сигналы и паразитные помехи.

LeCroy-rus.ru