Как снизить уровень помехоэмиссии устройства на 80 дБ:
пример из практики сервиса «скорая ЭМС-помощь» от компании Würth Elektronik

Опубликовано в номере:
PDF версия
Что такое электромагнитная совместимость? Где проводят испытания на ЭМС? Как определить, все ли в порядке? Пожалуй, с этими вопросами уже столкнулся каждый разработчик электронных устройств в России, но лишь немногим удалось найти на них полноценные ответы.

C каждым годом принимается все больше постановлений и требований к «обеспечению электромагнитной совместимости технических средств», как указано в одном из стандартов. Но, к сожалению, не существует ни одного официального ресурса, который мог бы понятно объяснить разработчику, что от него хотят. А без подобной информации инженер зачастую занимается только разработкой устройства, и лишь когда устройство уже готово и должно отправляться на прилавки магазинов или к конечному потребителю, внезапно возникает необходимость получить сертификат соответствия по ЭМС и другим нормативам. И в этом случае нередко разработчики сталкиваются с ситуацией, когда плата работает и уже готова к финальной сдаче проекта, а тесты на ЭМС устройство не проходит.

И вот тогда может прийти на выручку уникальный сервис — «скорая ЭМС-помощь». В чем же он заключается? Компания Würth Electronic является мировым производителем пассивных электронных компонентов. Одна из особенностей компании — наличие большого количества сервисов и глубокие знания в назначении и применении своих компонентов в реальных проектах. Линейка выпускаемых изделий очень широкая, и ключевое место в ней занимают непосредственно компоненты для ЭМС и шумоподавления. Компания много занимается исследованием их эффективности в реальных устройствах, а на основании этих данных создаются статьи и семинары, позволяющие разработчику быстрее подбирать нужный компонент в зависимости от задачи. Если же самостоятельно в этом разобраться не удается, то, обратившись к сервису ЭМС-помощи, можно получить конкретные рекомендации по применению тех или иных решений в зависимости от типа, конструкции, применения устройства, обнаруженных несоответствий, шумов, прерываний в работе и т. д.

Далее мы рассмотрим один из успешных примеров работы этого сервиса на реальном примере.

После неудачного прохождения испытаний в лаборатории к нам обратился разработчик и предоставил описание устройства, а также схемы и графики помех, полученные в ЭМС-лаборатории (рис. 1).

Исходная картина помех по сетевым зажимам в диапазоне от 150 кГц до 30 МГц

Рис. 1. Исходная картина помех по сетевым зажимам в диапазоне от 150 кГц до 30 МГц

На рис. 1 представлен график помех по сетевым зажимам в диапазоне частот 150 кГц – 30 МГц. Превышение допустимой нормы было крайне большим — более чем 60 дБ во всей полосе частот! Как это часто бывает, стадия проекта подходила к концу, а устройство было уже готово к сдаче, а потому внедрить решения на уровне печатных плат оказалось невозможным. Выход из ситуации пришлось искать среди внешних компонентов, таких как ферриты на кабель, модульные фильтры и экранирующие материалы.

Опытным путем было установлено, что основным «генератором» помех становится резонансный источник питания большой мощности. Две полумостовые схемы попеременно создавали импульсные помехи, а резонансы паразитных параметров электронных компонентов и дорожек на печатных платах послужили источником шумов в области высоких частот. Таким образом, на входе устройства потребовалось применение фильтров первого и второго порядка, обеспечивших ослабление по низкой частоте, а также ряд конденсаторов и ферритов на кабель, улучшивших картину шумов на высоких частотах. Полная схема фильтра представлена на рис. 2.

Схема фильтра

Рис. 2. Схема фильтра

В схеме фильтра использовались следующие компоненты:

  • 810913020 (рис. 3а) — входной фильтр второго порядка в экранированном корпусе серии WE-CLFS:
    • двузвенный;
    • IR = 20 A; ILeak = 0,785 мА;
    • RDC = 20 мОм;
    • фастонные соединения;
    • 114,9×58,5×45 мм;
    • 420 г.
  • 810912020 (рис. 3а) — входной фильтр первого порядка расширенный в экранированном корпусе W‑CLFS:
    • IR = 20 A; ILeak = 0,785 мА;
    • RDC = 10 мОм;
    • фастонные соединения;
    • 75×51,8×29 мм;
    • 147 г.
  • Керамические конденсаторы серии WCAP-CSGP различных номиналов (рис. 3б);
  • Феррит на кабель 74271112 (рис. 3в) (STAR-TEC феррит на кабель с ключом, цвет серый):
    • Z при 25 МГц (1 виток) = 176 Ом;
    • Z при 100 МГц (1 виток) = 321 Ом;
    • диаметр кабеля = 4,5–6 мм;
  • Два феррита на кабель 74272221 (рис. 3в) серии WE-STAR-TEC LFS (STAR-TEC LFS феррит на кабель с ключом):
    • Z при 300 кГц (1 виток) = 12 Ом;
    • Z при 1 МГц (1 виток) = 45 Ом;
    • Z при 10 МГц (1 виток) = 40 Ом;
    • диаметр кабеля = 8,5–10,5 мм.
Внешний вид компонентов фильтра: входной фильтр 810913020; керамические конденсаторы серии WCAP-CSGP; ферриты на кабель 74272221

Рис. 3. Внешний вид компонентов фильтра:
а) входной фильтр 810913020;
б) керамические конденсаторы серии WCAP-CSGP;
в) ферриты на кабель 74272221

Испытания с внедренными изменениями улучшили уровень излучаемых помех на 80 дБ (рис. 4).

Результаты измерений по сетевым зажимам в полосе 150 кГц – 30 МГц с установленным фильтром

Рис. 4. Результаты измерений по сетевым зажимам в полосе 150 кГц – 30 МГц с установленным фильтром

Какой можно сделать вывод из проведенной работы? Когда превышения очень велики, побороть их с помощью одного или двух компонентов практически невозможно. Потребуется внушительный перечень фильтров, а также глубокие знания и понимание процесса борьбы с шумами в электронных устройствах. Богатый опыт и наличие широкого портфолио фильтрующих компонентов компании Würth Elektronik позволяет находить решения в кратчайшие сроки.

Сервис «скорая ЭМС-помощь» от компании Würth Elektronik предоставляется бесплатно клиентам на территории России и стран СНГ. Что включает сервис:

  • анализ проекта электронного устройства;
  • рекомендации по доработке с точки зрения ЭМС;
  • подбор решения на основе компонентов Würth Elektronik на разных этапах проектирования электронного устройства;
  • оценочные исследования уже готового устройства для определения слабых мест с точки зрения ЭМС.

В некоторых случаях наши специалисты могут сопровождать клиента при испытаниях в ЭМС-лаборатории, по договоренности с лабораторией. Что находится вне наших компетенций:

  • организация испытаний в измерительных лабораториях;
  • доработка китайских устройств и устройств с отсутствующей документацией (схема, трассировка, перечень компонентов);
  • одноразовая доработка для получения сертификата.

Добавить комментарий

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