EMC: Electromagnetic Compatibility Sähkömagneettinen yhteensopivuus

Transkriptio

1 EMC: Electromagnetic Compatibility Sähkömagneettinen yhteensopivuus Ympäristön häiriöt Laite toimii suunnitellusti Syntyvät häiriöt Sisäiset häiriöt

2 EMC Directive Article 4 1. Equipment must be constructed to ensure that any electromagnetic disturbance it generates allows radio and telecommunications equipment and other apparatus to function as intended 2. Equipment must be constructed with an inherent level of immunity to externally generated electromagnetic disturbances

3 Miten tuote liittyy ympäristöönsä?

4 EMI: Electromagnetic Interference Sähkömagneettinen häiriö

5 Digitaalinen rannekello

6 Verkkokäyttöinen radiovastaanotin

7 Sähkömagneettisen kentän välityksellä kytkeytyvät häiriöt Syntyvät sähkömagneettiset häiriökentät Johtumalla kytkeytyvät häiriöt Sähköstaattinen purkaus Johtumalla lähtevät häiriöt

8 Peruskohina Avaruus ja luonnonilmiö kohina Laitelähtöinen kohina N F N S N I Kokonaiskohina N T

9 Eri lähteiden kohinan teho db yli ktb (T = 290 K) 0 0 db Ilmakehän kohina Laitelähtöinen kohina kaupunkiympäristössä Avaruuskohina Vastaanottimen kohina MHz

10 EMC-suunnittelun peruslähtökohta: Silmukoiden pinta-alojen minimointi

11 Safety ground The electronics coupled to the safety ground Betoniraudoitus Laitteen elektroniikka kytkeytyy hajakapasitanssin kautta betoniraudoitukseen Suojamaan kytkennän kautta syntyy silmukka

12 B A ~ Vn db Vn = dt s 2 B 40 nt 1200 nt 0.1m 1m 10m s m 1 m 100m A 130nV 13 µ V 1,3mV 14 µ V 1,4mV 140mV Vn

13 Silmukan tehollisen pinta-alan pienentäminen Lohkojen välinen galvaaninen yhteys muodostaa suuren silmukan

14 Silmukan tehollisen pinta-alan pienentäminen Isolointi Ei-galvaaninen yhteys

15 R S Häiriöille altis silmukka R L R S R L R S R L Hajakapasitanssi

16 Sähkömagneettisten häiriöiden kytkeytymistavat

17 Häiriön kytkeytyminen Häiriölähde Kytkeytyminen Kohde

18 Kytkeytymistavat Johtumalla Kapasitiivinen Induktiivinen Säteilemällä

19 Johtumalla kytkeytyminen U + r 1 R L Vo r 2 r 2 on virtapiirien yhteisen johtimen resistanssi Un + Rn

20 Sähkökenttä - kapasitiivinen kytkeytyminen E +Q Q C =ε o ε r A/d ε o ε r tyhjön permittiivisyys väliaineen suhteellinen permittiivisyys d Area = A

21 Magneettikenttä induktiivinen kytkeytyminen H Silmukka I Johdin

22 Sähkömagneettinen säteily Säteilemällä kytkeytyminen A B D C

23 Esimerkki antennirakenteesta silmukka-antenni

24 Esimerkki antennirakenteesta rakoantenni Johde ½ λ Maataso Dielektrinen materiaali

25 Säteilemällä kytkeytyminen EMC-standardit lähtevälle säteilylle kriittisten silmukoiden halkaisijat < λ/20 Nyrkkisääntö - Signaali sisältää merkittäviä taajuuksia aina 0,4/t r asti (t r on signaalin nousuaika)

26 Materiaalin vaikutus aallonpituuteen λ = λ ε r o µ r λ o λ Aallonpituus ilmassa Aallonpituus materiaalissa

27 Häiriön kytkeyminen ongelmia!

28 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 1 Tehonsyöttö Anturi Esivahvistin Ohjaus- ja Hälytinpiirit 100uA 10mA 100mA Kytkeytymistapa?

29 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 1 Tehonsyöttö Anturi Esivahvistin Ohjaus- ja hälytinpiirit 100uA 10mA 100mA 0V 3.2mOhm 3.2mOhm 3.2mOhm 352uV 704uV 1,02mV Häiriö kytkeytyy johtumalla

30 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 1 Tehonsyöttö Anturi Esivahvistin Ohjaus- ja hälytinpiirit 100uA 10mA 100mA 0V 352uV 704uV 1,02mV Miten ratkaisisit ongelman?

31 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 1 Anturi Esivahvistin Ohjaus- ja hälytinpiirit Tehonsyöttö Tehonsyötön sijoitus

32 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma V AC Kytkeytymistapa?

33 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma V AC Ih Kapasitiivinen kytkeytyminen

34 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma V AC Ih Miten ratkaisisit ongelman

35 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 2 Differentiaalivahvistin Suodatus Kompensoidaan häiriöjännite invertoivalla vahvistimella

36 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma V AC Kytkeytymistapa?

37 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma V AC B A Induktiivinen kytkeytyminen

38 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 4 Kytkeytymistapa?

39 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 4 Häiriö kytkeytyy säteilemällä

40 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 4 Mahdolliset kytkeytymisreitit? Miten pienentää säteilyn aiheuttamaa häiriötä?

41 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 4 Kaapelit Ferriitit Kotelo Johtava kotelo Sähköiset aukot pienennä tai suojaa Sähköisiltä mitoiltaan pieni aukko Kotelo Suoja Ilma

42 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 5 Iv Kytkeytymistapa?

43 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 5 Ih Ih Iv Iv -Ih Häiriö kytkeytyy johtumalla

44 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 6 Liike Kytkeytymistapa?

45 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 6 Kapasitanssit: 100pF/m Elektrodien impedanssit: kω Suoja Liike Elektrodien resistanssit Suoja Signaalijohtimet Järjestelmän sisäinen rakenne aiheuttaa kapasitiivisen kytkennän

46 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 7 Vaiheet Nolla Sydäntahdistin Kytkeytymistapa?

47 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 7 Nolla Vaiheet Nollajohtimessa suuri virta Induktiivinen kytkeytyminen

48 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 8 Sähköstaattinen purkaus Kytkeytymistapa?

49 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 8 Sähköstaattinen purkaus Kytkeytyminen johtumalla Induktiivinen kytkeytyminen

50 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 8 Sähköstaattinen purkaus Miten ratkaiset suojauksen?

51 Häiriön kytkeytyminen: Ongelma 8 Maadoitettu metallilevy Eristeainetta

52 Test GALVANIC CAPACITIVE INDUCTIVE RADIATION

53 Kytkeytymistavat Kytkeytymistapa Johtumalla Taajuusalue Kommentti DC - 10 MHz virtapiiri Induktiivinen > khz Silmukka Kapasitiivinen > khz Etäisyys pienentää kytkeytymistä Säteilemällä > 15 MHz Antennin dimensiot > λ/20