Испытание на электромагнитную совместимость (ЭМС). Сборник Электромагнитная СовмеСтимоСть в Электронике
 Скачать 2.6 Mb.
|
|
126 Сборник «Электромагнитная СовмеСтимоСть в Электронике» • 2018 • http://emc-e.ru Испытания на ЭМС Владимир РенТюк Rvk.modul@gmail.com Испытания изделий на выполнение требований по электромагнитной со- вместимости (ЭМС) охватывают широкий спектр разнообразного элек- трического и электронного оборудования коммерческого назначения. Основные ограничения накладываются как на уровни электромагнитного излучения в зависимости от типа электромагнитных помех, так и на уров- ни устойчивости к их воздействию. В основу статьи положен материал [2] из публикации [1] с комментариями, дополнениями, уточнениями и пояс- нениями в соответствии с действующими международными стандартами и стандартами, используемыми на территории Российской Федерации. Что нужно знать об испытаниях на выполнение требований по ЭМС для изделий коммерческого назначения В рамках первой из анонсированных в [3] статей нас будут интересовать об- щие требования по электромагнитной совместимости (ЭМС) для продуктов ком- мерческого рынка. То есть для изделий мас- сового применения, таких как оборудование информационных технологий (компьютеры и их периферийные устройства), бытовая техника, светильники, электроинструмен- ты и широкий спектр других изделий чисто коммерческого направления. Особое место в этом ряду занимают приборы медицинско- го назначения и электронное оборудование для автомобилей, что связано с повышен- ными потенциальными рисками при некор- ректном функционировании подобных про- дуктов. Стандарты, регламентирующие требова- ния по ЭМС на конкретный тип оборудова- ния, включают ограничения на предельные уровни индустриальных радиопомех, со- держат методы испытаний и нормативы для испытательного оборудования. Требования могут различаться, например для медицин- ского и автомобильного оборудования они предельно ужесточены. Тем не менее все стандарты в части испытаний на выпол- нение требований по ЭМС коммерческого назначения имеют несколько общих черт и подпадают под международные стандар- ты серии IEC 61000 и CISPR [3]. У большин- ства данных стандартов есть националь- ные аналоги либо в аутентичном переводе, либо с учетом национальных требований. Соответствие изделий коммерческого на- правления требованиям стандартов по ЭМС, как и стандартов по безопасности, является обязательным, предусматривает необходи- мую сертификацию и контролируется спе- циальными органами. Испытания на ЭМС подразумевают про- верку на уровни индустриальных радио- помех (и связанные с ними ограничения) и применяются для коммерческого обо- рудования, в первую очередь для обеспе- чения защиты каналов радио- и телевеща- ния и других служб радиосвязи. Несмотря на то, что до широкого выхода на рынок персональных компьютеров существовало некоторое ограниченное число стандартов, регламентировавших уровни электромаг- нитного излучения, именно распростра- нение цифрового электронного оборудо- вания стимулировало дальнейшую разра- ботку 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 об- щем смысле можно утверждать, что первые персональные компьютеры служили свое- образными широкополосными радиопере- датчиками, маскирующимися под компью- теры. Компьютеры в стойках также имеют аналогичные недостатки, но, как правило, они не устанавливаются в жилых районах, так что их негативное воздействие ощуща- лось меньше. Здесь необходимо учитывать, что под индустриальными радиопомехами подразумевается электромагнитная помеха, формируемая техническими средствами. Причем к индустриальным помехам не от- носятся помехи, создаваемые излучениями выходных трактов радиопередатчиков. Индустриальные помехи могут быть в виде наведенных или излучаемых элек- тромагнитных помех. Поэтому испытания на уровни электромагнитных помех обыч- но содержат два вида тестов: кондуктивные электромагнитные помехи, которые наво- дятся и присутствуют на линиях подключе- ния питания и телекоммуникационных пор- тах устройства, и помехи, излучаемые самим устройством. Граничная точка между эти- ми двумя видами электромагнитных помех в стандартах на оборудование коммерческого назначения установлена равной 30 МГц. Эта частота выбрана исходя из того, что на ти- пичных расстояниях для измерения уровней электромагнитного излучения (в настоящее время 3 и 10 м) частоты выше 30 МГц обе- спечивают излучение в виде плоской волны. Это так называемое условие дальнего поля, или поле дальней зоны (англ. far rield), — об- ласть, в которой плотность потока мощно- сти излучения приблизительно обратно про- порциональна квадрату расстояния от ан- тенны. 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 повторяе- мости результатов, а не имеем набор неких случайных измерений. Ниже частоты 30 МГц это может быть труднодостижимо, и измеря- ются только кондуктивные помехи. Уровни кондуктивных помех на лини- ях питания устанавливаются на основе совместной проверки источника таких помех и их приемника, подключенных к одной и той же линии электропитания. Максимально допустимые уровни кондук- тивных помех на телекоммуникационных 127 Полный сПектр исПытаний на ЭМс www.test-expert.ru Испытания на ЭМС а б портах устанавливаются с учетом преобра- зования дифференциальных сигналов (ис- пользуемый для передачи сигнал) кабеля, частично преобразующихся в синфазный сигнал, который затем излучается. Это свя- зано с неидеальностью характеристик ли- нии передачи, в большей степени — кабе- ля, реже из-за рассогласования импеданса точек его подключения. В стандартах под понятием «телекомму- никационный порт» подразумевают порт связи — место соединения, в котором осу- ществляется передача речи, данных и сигна- лов, обеспечивающих взаимосвязь широко разветвленных систем посредством подклю- чения оборудования к многопользователь- ским телекоммуникационным сетям — на- пример, коммутируемым телефонным сетям общего назначения (PSTN), цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN), цифровым або- нентским линиям типа х (xDSL), локальным вычислительным сетям (Ethernet, Token Ring и т. д.) и аналогичным сетям связи. Однако если такой порт предназначен ис- ключительно для связи между компонента- ми системы (например, интерфейс RS-232, универсальная последовательная шина USB и т. п.) и он используется в соответствии со своими функциональными характеристи- ками и с учетом максимально допустимой длины кабеля связи, то, согласно требовани- ям действующих в настоящее время стандар- тов по ЭМС, кондуктивные помехи на таких линиях связи не рассматриваются. кондуктивные электромагнитные помехи Уровни кондуктивных помех, наведен- ных на линиях подключения электропи- тания, обычно измеряются с помощью эквивалента сети. В качестве такого эквива- лента используется схема стабилизации пол- ного 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 пол- ного сопротивления сети» (ЭПСС) и реже LISN; один из наиболее часто применяемых вариантов ЭПСС приведен на рис. 1. На рис. 2 показана обобщенная блок-схема испытательной установки. Для того чтобы обеспечить определенный импеданс линии электропередачи и точку соединения с при- емником, эквивалент сети ЭПСС разме- щают между тестируемым оборудованием и входящей линией электропитания (сети). Эквивалент подключается непосредствен- но к входу подачи питания. В зависимости от предполагаемой установки испытуемого оборудования (стол или заземленная поверх- ность) изделие при испытаниях размещается либо на горизонтальной заземленной пло- скости на полу на изолирующей подстав- ке, например поддоне высотой 0,1 м ±25%, либо на непроводящем столе высотой 80 см (рис. 2). На практике испытательный прием- ник находится вне пределов камеры [8]. Необходимо учитывать, что в стандартах ГОСТ Р под термином «испытуемое обо- рудование» (ИО) подразумевают отдельно применяемое оборудование, а под термином «ОИТ» понимается функционально взаимо- действующая группа образцов ОИ (систе- ма), которые содержат один или несколько основных блоков, и именно такая группа яв- ляется объектом испытаний. Уровень помех в интересующем диапа- зоне частот проверяется соответствующими детекторами с заданной полосой пропуска- ния (обычно селективным вольтметром), 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. Рис. 2. Подключение испытательного оборудования для настольного оборудования при измерении кондуктивных помех в линиях электропитания 128 Сборник «Электромагнитная СовмеСтимоСть в Электронике» • 2018 • http://emc-e.ru Испытания на ЭМС Рис. 3. Большая полубезэховая испытательная камера компании EMC Technologies (Виктория, Австралия) а результаты измерений фиксируются испытателем. Измерения про- водятся на каждом проводнике линии электропитания отдельно. Большинство стандартов на соответствие требованиям ЭМС коммер- ческого 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 на- значения). При измерениях в качестве испытательного приемника используется селективный микровольтметр, для которого регла- ментирована величина отношения синусоидального напряжения к спектральной плотности напряжения импульсов на входе, которая вызывает одинаковое показание измерительного прибора, содержа- щего инерционные детекторы. В специальных лабораториях обыч- но используют приборы с автоматической фиксацией показаний в виде графика и выводом сопутствующих ему таблиц. Здесь изме- рения осуществляются без вмешательства персонала [8], что исклю- чает 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 радиочастот- ных камерах SAC (англ. RF Semi-Anechoic Chamber). Здесь необхо- димо уточнить следующее: под понятием «измерительная площад- ка» подразумевается площадка, пригодная для измерения помех, из- лучаемых испытуемым устройством, параметров и характеристик ЭМС технического средства и отвечающая регламентированным требованиям. Под понятием «экранированная камера» понимают помещение, обладающее свойствами экранирования для разделе- ния внутренней электромагнитной обстановки от внешней. А по- нятие «полубезэховая камера» предполагает экранированное поме- щение, все внутренние поверхности которого покрыты безэховым материалом, за исключением пола (пластины заземления), кото- рый 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 трансформиро- ваться из полубезэховой с помощью установки напольных погло- тителей электромагнитных волн, что, как правило, и используется на практике. Идеальным решением является метод измерения в условиях от- крытого пространства OATS, который можно назвать золотым стан- дартом, однако и здесь не все так просто, как хотелось бы. Такая испытательная лаборатория представляет собой большую откры- тую 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 трех- кратного 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 ко- тором располагаются тестируемые устройства, защищен радиопроз- рачной надстройкой. Для исключения влияния на результаты изме- рения все коммуникации, в том числе воздуховоды для кондицио- нирования воздуха, выполнены под землей, а сами вспомогательные установки расположены за пределами измерительной зоны. Существенным недостатком технологии измерения с использо- ванием OATS является то, что дополнительно фиксируется излуче- ние 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 мно- гим компаниям приходится использовать исключительно экраниро- ванные 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 уро- вень радиопомех было уже практически невозможно. Измерения проходили исключительно в экранированных и полубезэховой каме- рах. Тем не менее однажды у автора статьи возникла необходимость провести проверку уровня радиопомех от системы многоканальной проводной связи, развернутой на объекте. Измерения были выполне- ны 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 пло- щадках OATS или в экранированных камерах SAC, блок-схема ис- пытательной установки остается одной и той же. Электромагнитные помехи от испытуемого оборудования измеряются с помощью на- правленной антенны для конкретного частотного диапазона, предва- рительного усилителя (при необходимости) и измерительного при- емника (обычно селективного вольтметра). Измерения проводятся в вертикальной и горизонтальной поляризации соответствующей Рис. 4. Лаборатория OATS компании Agilent Technologies для исследований аппаратуры на ЭМС 129 Полный сПектр исПытаний на ЭМс www.test-expert.ru Испытания на ЭМС установкой антенны. Пример современного комплекта данного обо- рудования показан на рис. 5. При проведении измерений для оценки уровня излучаемых радио- помех может возникнуть необходимость в сканировании по высоте, как это показано на схеме, приведенной на рис. 6. Цель сканирова- ния следующая: отрегулировать высоту антенны так, чтобы прямые и отраженные сигналы были максимальными. Пример мачты с под- вижной антенной показан на фотографии площадки OATS компании Agilent Technologies (рис. 4). Испытания на соответствие изделий требованиям по уровням индустриальных радиопомех нужны во многих странах. Кроме того, в ряде стран проводятся и испытания коммерческих продук- тов на устойчивость к воздействию внешнего электромагнитного излучения. Такие виды испытаний проводятся в основном в разви- тых странах, и производители коммерческого оборудования долж- ны 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 электромаг- нитных 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 из- делия коммерческого назначения обычно подвергаются следующим типам испытаний. испытание на невосприимчивость к электрическому разряду Существует два типа испытаний на невосприимчивость к элек- трическому разряду (иногда это называют на устойчивость) — кон- тактный 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 кон- тактному разряду наконечник имитатора ЭР помещается в выбран- ную точку и начинается разряд, который происходит внутри имита- тора. Результаты таких испытаний имеют высокую степень достовер- ности 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 долж- ны быть поданы только на такие точки и поверхности испытуемого оборудования, к которым предполагается прикосновение во вре- мя его обычной работы, в том числе пользователей, например при очистке или возобновлении расходных материалов при включен- ном 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, сре- ди них: уровень атмосферного давления, температура среды и обору- дования, угла подноса щупа и относительная влажность. Зазор также зависит от того, насколько быстро оператор подносит электростати- ческий пистолет к тестируемому устройству. Испытание на устойчи- вость к воздушному разряду не отличается высокой степенью повто- ряемости, но имитирует возможное неконтактное воздействие стати- ческого электричества. Испытания на воздушный разряд проводят для тех элементов оборудования, где нельзя выполнить тест методом кон- тактного разряда. если такая проверка необходима, то изделие долж- но быть исследовано для определения доступных пользователю мест, где может произойти данный пробой. Обычно следует выполнять оба типа испытаний. Для компьютерного оборудования согласно основно- му 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 тех- нических средств электромагнитная. Оборудование информационных технологий. Устойчивость к электромагнитным помехам. Требования и методы испытаний»). Испытания обычно выполняются с помо- щью оборудования и процедур, указанных в стандарте IEC 61000-4-2 (ГОСТ 30804.4.2-2013 «Совместимость технических средств электро- магнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний» идентичен IEC 61000-4-2:2008). Испытуемое обо- рудование может реагировать на такие воздействия, но после испытания должно самовосстановиться. Классическим примером является ком- пьютер, воспроизводящий музыку через акустическую систему. Во вре- мя электростатического разряда вы услышите щелчок, но музыка будет воспроизводиться далее. В этом случае тестирование прошло успешно. если воспроизведение музыки прекратилось и потребовалось вмеша- 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 Рис. 6. Диаграмма, показывающая прямую и отраженную волны. Высота антенны настраивается для достижения максимального измерения 130 Сборник «Электромагнитная СовмеСтимоСть в Электронике» • 2018 • http://emc-e.ru Испытания на ЭМС тельство 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 непосред- ственное прикосновение человека, несущего на себе накопленный заряд статического электричества, а вторая — контакт с оборудова- нием. Обе модели описаны в соответствующих стандартах, регламен- тирующих форму воздействующего электростатического импульса и уровни воздействия. Причем для одного и того же оборудования уровни устойчивости к воздействию импульсов разных моделей от- личаются, для чего используется классификация устойчивости в за- висимости 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 излу- чаемой электромагнитной энергии. Цель данной проверки — уста- новление 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 стан- дарт мобильной связи GSM-1800 действует в диапазоне частот 1710–1880 МГц с выходной мощностью передатчика до 1 Вт. Это испыта- ние проводится в полностью безэховой камере или SAC со съемными по- глотителями, расположенными на полу, за счет чего создаются условия открытого пространства. Сама же экранированная среда необходима для того, чтобы не возникло негативного влияния на окружающую электро- магнитную обстановку. Такое загрязнение в ряде стран регламентирует- ся, а нарушение может привести к существенным штрафам от контро- лирующих органов. Текущие требования по испытаниям установлены в стандарте IEC 61000-4-3 «Совместимость технических средств электро- магнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний», который является основополагаю- щим 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 пло- скости однородного поля (англ. uniform field area, UFA), представляю- щей 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 опре- деленным условиям. Калибровку поля проводят в отсутствие испыту- емого 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 элек- трического и электронного оборудования к различным переходным электромагнитным помехам, аналогичным возникающим в резуль- тате коммутационных процессов (прерываний индуктивных нагру- зок, 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 про- должать работать без вмешательства оператора, но может реагиро- вать 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 ис- пытаний и измерений. Испытание на устойчивость к электри- ческим 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 микро- секундных импульсных помех (МИП) большой энергии, вызывае- мых перенапряжениями, возникающими в результате коммутацион- ных переходных процессов и молниевых разрядов. Степени жестко- сти 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 оборудо- вания подаются высокие выбросы энергии. Подробности выполне- ния такой процедуры и испытательное оборудование, необходимое для проведения испытаний на перенапряжение, приведены в стандар- те IEC 61000-4-5 (в РФ действует ГОСТ Р 51317.4.5-99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к микро- секундным 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 испыта- ний, вызвана тем, что в стандартах на устойчивость к воздействию ради- очастотных полей за граничную точку выбрана частота 80 МГц. Выбор связан с тем, что создание однородных полей ниже 80 МГц крайне за- труднено. В результате ниже этого предела радиочастотная энергия обычно вводится непосредственно в кабели, подключенные к тестиру- емому 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/раз- вязки (англ. Coupling Decoupling Network, CDN) или включен в его со- став. Указанный аттенюатор не применяют, если выходное сопротивле- ние 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 устрой- ству связи/развязки заключается в том, что аттенюатор обеспечивает согласованный импеданс линии передачи, максимизируя передачу мощ- ности на само устройство, входной импеданс которого точно не изве- стен. В противном случае можно просто потерять половину сгенериро- ванной мощности. (В РФ действует ГОСТ Р 51317.4.6-99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к кондуктив- ным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями. Требования и методы испытаний», аналогичный стандарту IEC 61000-4-6 в редакции 1996-03.) Типичный частотный диапазон для проверки на устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электро- магнитными полями, для коммерческого оборудования составляет 150 кГц – 80 МГц. Кроме указанного метода ввода помехи, использу- ют ее ввод с помощью клещей (ГОСТ Р 51317.4.6-99). 131 Полный сПектр исПытаний на ЭМс www.test-expert.ru Испытания на ЭМС испытания на устойчивость к магнитному полю промышленной частоты Этому типу испытаний должно подвергаться электрическое и электронное оборудование, которое, исходя из его природы и на- значения, может иметь проблемы с помехоустойчивостью к магнит- ному полю промышленной частоты. Такие продукты, как указано в стандарте CISPR 24, содержат дисплеи с электронно-лучевой труб- кой (ЭЛТ), датчики магнитного поля и устройства на базе эффекта Холла. При проверке тестируемое оборудование помещается в сере- дине большой катушки, через которую протекает ток заданной про- мышленной 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 под- вергается 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 тре- бования 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 со- вместимость. Часть 4-8. Методы испытаний и измерений. Испытания на устойчивость к магнитному полю промышленной частоты», разра- ботанный в рамках евразийского союза, но он не согласован РФ). устойчивость к провалам, кратковременным прерываниям и изменениям напряжения электропитания Испытания предназначены для проверки устойчивости электрическо- го и электронного оборудования к реально возможным кратковремен- ным колебаниям напряжения питания и выполняются методом моде- лирования 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/на- броса 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 полупе- риода напряжения питания. Изменение напряжения должно рас- полагаться от нулевого пересечения, это, собственно, и означает, что один полупериод напряжения питания, поданного на испыту- емое оборудование, пропущен. Тестируемое устройство может ре- агировать на такое возмущение, но должно самовосстанавливаться без вмешательства оператора. Второй тест — 30%-ное снижение (70% остается) напряжения в течение половины секунды (25 пе- риодов 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, напоми- нающую 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 оборудова- ния может быть восстановлено оператором в соответствии с ин- струкциями по эксплуатации и все данные, защищенные резерв- ным 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 техни- ческих средств электромагнитная. Устойчивость к провалам, кра- тковременным прерываниям и изменениям напряжения электро- питания. Требования и методы испытаний», однако настоящий стандарт модифицирован по отношению к международному стан- дарту IEC 61000-4-11:2004). Что касается особенностей медицинского оборудования в части ЭМС, здесь можно обратиться к публикации [4], а советы по вы- полнению требований к ЭМС автомобильной электроники приве- дены в [5]. Полные перечни международных стандартов, стандар- тов отдельных стран и стандартов компаний, регламентирующих вопросы производства коммерческого оборудования, включая медицинское оборудование и автомобильную электронику, пред- ставлены в [1, 6]. Уровни соответствия, используемые как граничные при испы- таниях коммерческого оборудования, предназначены для обе- спечения разумной степени уверенности в том, что продукт будет должным образом работать в предполагаемой среде, и не пред- ставляют собой проверки на худший случай, но на протяжении многих лет являются адекватными. В реальности большинство продуктов характеризуют более низкие уровни собственных ин- дустриальных 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 конструк- тивные решения, характерные для конкретных типов коммер- ческих продуктов, вполне достаточны для обеспечения их соот- ветствия требованиям ЭМС и должного функционирования. n Литература 1. 2017 EMC TESTING GUIDE, INTERFERENCE TECHNOLOGY GUIDE SERIES, 2017 ITEM Media. www.learn.interferencetechnology.com/2017‑emc‑testing‑ guide/ 2. Ghery Pettit, SUMMARY OF COMMERCIAL EMC TESTS. Pettit EMC Consulting/ 3. Рентюк В. Электромагнитная совместимость: проблема, от решения кото- рой не уйти // Компоненты и технологии. 2017. № 7. 4. Ле Февр П. Электропитание и проблемы электромагнитной совместимости оборудования при работе в медицинских средах // Компоненты и техноло- гии. 2016. № 5. 5. Зауэрвальд М. Десять советов для успешного проектирования авто- мобильной электроники с выполнением требований по ЭМС/ЭМП // Компоненты и технологии. 2016. № 5. 6. 2017 EMC FUNDAMENTALS GUIDE, INTE-RFERENCE TECHNOLOGY GUIDE SERIES, 2017 ITEM. www.learn.interferencetechnolog y. com/2017‑emc‑fundamentals‑guide/ 7. PMM 7010 All-in-one EMI Receiver, Narda Safety Test Solutions Srl. www.quantel‑global.com/sites/default/files/attachment/7010.pdf 8. PMM 9010, PMM 9030, PMM 9060 Fully CISPR-Compliant Digital EMC/EMI receivers 10 Hz – 6 GHz, Narda Safety Test Solutions Srl. www.quantel‑global. com/sites/default/files/attachment/9010.pdf Рис. 7. Обобщенная испытательная установка для оценки влияния наводимых электромагнитных помех согласно ГОСТ Р 51317.4.6-99: Т 2 — аттенюатор 6 дБ; Т — нагрузка 50 Ом; УСР — устройство связи/развязки; ИТС — тестируемое устройство; ТС — техническое средство Статья опубликована в журнале «Компоненты и технологии» № 7'2017 Высокая частота дискретизации и глубокая память осциллографов WavePro HDR в сочетании программным пакетом измерения параметров ЭМС импульсов позволяет выполнить точный анализ импульсных сигналов. Захват на длительном интервале времени Осциллографы WavePro HDR со- четают высокую частоту дис- кретизации 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 настраи- ваемая и позволяет выполнить измерения в соответствие с необ- ходимым стандартом. Возможно выполнение установки пределов для игнорирования некоторых провалов, выбросов и аномалий. Фильтрация измерений позволяет выявить мешающие сигналы и па- разитные помехи. Анализ импульсных сигналов Для анализа импульсных сигналов с быстрым фронтом необходим осциллограф с полосой пропу- скания от 2,5 до 4 ГГц и высокой частотой дискретизации. WavePro HDR полностью отвечает данным требованиям, благодаря частоте дискретизации 20 ГГц Гс / с, ЦАП 12 бит и погрешности по верти- кали 0,5% и обеспечивает точный анализ импульсных сигналов. ООО «ЛеКрой Рус» г. Москва, 119071, , 2-й Донской пр., д. 10, стр. 4; тел./факс: +7 (495) 777 5592; info@LeCroy-Rus.ru; www.LeCroy-Rus.ru Осциллограф серии WavePro HDR |