EMC:n perusteet EMC:n määritelmä Järjestelmän tai laitteen kyky toimia tyydyttävästi sähkömagneettisessa ympäristössään tuottamatta muille laitteille tai järjestelmille niille sietämätöntä häiriötä tässä ympäristössä.
EMC:n määritelmä Järjestelmä on sähkömagneettisesti yhteensopiva, jos se täyttää kolme kriteeriä 1. Se ei häiritse muita laitteita/järjestelmiä 2. Se ei häiriinny muista laitteista/järjestelmistä 3. Se ei häiritse itse itseään Yhteensopivuusmarginaali Yhteensopivuusmarginaali Sietotaso Sietoraja Päästöraja Päästötaso
Sähkömagneettinen häiriö Sähkömagneettiset häiriöt voidaan jakaa kahteen ryhmään sen mukaan, aiheutuvatko ne luonnon ilmiöistä vai teknisistä järjestelmistä. Itse häiriöt voidaan sisältönsä puolesta jaotella monella eri tavalla.
Häiriölähteitä Häiriöiden muu jaottelu häiriösignaalin kesto (transientti - jatkuva) häiriön etenemistapa (säteilevä - johtuva) häiriön etenemismuoto (yhteismuotoinen - eromuotoinen) kaistanleveys (laaja - kapea) signaalien jako (häiriösignaali hyötysignaali) häiriösuojaus (päästö - sieto)
Häiriön etenemismuoto Yhteismuotoinen Eromuotoinen Häiriöiden ryhmittely
Häiriöketju Häiriö vaatii aina lähteen välittäjän vastaanottajan (uhri) Minkä tahansa osan poistaminen ketjusta poistaa häiriöongelman. Lähde Välittäjä Uhri
Häiriöiden torjuminen Lähde Ensisijainen tapa: Poistetaan lähde Ei pure ulkoisiin häiriöihin (salamat, ESD, radiolähetykset jne.) Käytännön keinoja: Hitaampi digitaalilogiikka Vaihdetaan toteutustapaa: RF-linkki IRlinkki Komponentit: hiiliharjamoottori oikosulkumoottori, hakkuriteholähde lineaaritehonlähde, rele puolijohdekytkin Välittäjä Uhri Häiriöiden torjuminen Poistetaan välittäjä Estetään häiriöiden eteneminen: kotelointi, suodatus, suojaus Poistetaan antennirakenteet: maadoitus, kaapelointi Poistetaan yhteiset piirirakenteet: optot, muuntajat Välimatkan kasvattaminen Lähde Välittäjä Uhri
Lähde Häiriöiden torjuminen Suojataan vastaanottaja = häiriösietoisuuden kasvattaminen Kotelointi Kasvatetaan signaalitasoja Suuremmat kohinamarginaalit Valitaan robustit komponentit (ylimitoitus) Välittäjä Uhri Häiriöiden kytkeytymistavat Johtumalla Kapasitiivinen kytkeytyminen Induktiivinen kytkeytyminen Säteily
Johtuvat häiriöt Yhteinen impedanssi Yhteiset piirirakenteet Kapasitiivinen kytkeytyminen Sähkökenttä kytkeytyy lähteen ja vastaanottajan välisten hajakapasitanssien kautta. Johtimien tai minkä tahansa piirirakenteiden välillä.
Suojautuminen kapasitiiviselta kytkeytymiseltä Maadoitettu johtava suoja Johtimen suojavaippa Kotelo Väliseinä Pienet impedanssitasot Maataso Vältetään yhdensuuntaisia johdotuksia Induktiivinen kytkeytyminen Magneettikenttä kytkeytyy lähteen ja vastaanottajan välisen hajainduktanssin kautta. Virta silmukassa aiheuttaa magneettivuon, josta osa kulkee toisen virtasilmukan läpi ja indusoi jännitteen.
Suojautuminen induktiiviselta kytkeytymiseltä Suojavaipan vaikutus magneettikenttään on pieni. Pienennettävä silmukka-alaa Suurennettava välimatkaa Pienennettävä magneettivuon kulmaa Säteilevät häiriöt Säteilevät häiriöiden syntyyn ja vastaanottamiseen vaaditaan antenni. Säteilevien häiriöiden estäminen Estetään suurtaajuisen signaalin pääsy antennina toimivaan johtimeen ja johtimesta laitteeseen suodattamalla tai käyttämällä suojattua kaapelia. Pidetään virtasilmukka-alat pienenä Estetään koteloinnilla syntyneen säteilyn eteneminen.
Ero- ja yhteismuotoinen säteily Ero- ja yhteismuotoinen säteily Eromuotoista säteilyä voidaan mallintaa pienenä silmukka-antennina Silmukka-antennissa (ala A) kulkee virta I, sähkökentän suuruus ilmassa etäisyydellä r kaukokentässä on 16 2 E = 131,6 10 ( f AI )(1/ r ) sin θ Koska silmukka on johtavan tason päällä (ei ilmassa), maataso aiheuttaa heijastumisen E = 263 10 16 ( f 2 AI )(1/ r) sin θ
Ero- ja yhteismuotoinen säteily Esimerkki: I = 25 ma f = 30 MHz E = 197 µ V 2 A = 10 cm r = 3m / m Tämä on melkein kaksi kertaa suurempi kuin sallittu emissio (FCC Class B) FCC:n raja-arvo on 100 µv/m, kun etäisyys on 3 m suurin mahdollinen silmukka-ala 2 A = 5 cm Ero- ja yhteismuotoinen säteily Yhteismuotoista säteilyä voidaan mallintaa lyhyellä lanka-antennilla Lyhyt monopoliantenni (pituus l) maatason päällä, sähkökentän suuruus etäisyydellä r kaukokentässä on E = 12,6 10 7 ( f I l)(1/ r) sin θ Yhteis- ja eromuotoisen virran suhde, kun kentän suuruus on sama, on I I d c 6 48 10 l = f A
Ero- ja yhteismuotoinen säteily Esimerkki: l = 1m A = 10 cm 2 I d / I c = 1000 f = 50 MHz Yhteismuotoinen virta, jonka suuruus on muutama mikroampeeri, voi aiheuttaa yhtä suuret häiriöt kuin muutaman milliampeerin eromuotoinen virta! Why study EMC issues?