Для чего выполняют предварительные измерения ЭМП и испытания на ЭМС?
Важнейшим этапом разработки электронных устройств является сертификация готового устройства на соответствие требованиям промышленных стандартов по уровню создаваемых этим устройством в ходе своей работы электромагнитных помех (ЭМП) и соответственно, устойчивости работы устройства к воздействию внешних ЭМП, что объединяется термином электромагнитной совместимости (ЭМС). Такие испытания проводят аккредитованные испытательные лаборатории, и стоят они недешево, особенно, если учесть, что новая разработка вряд ли пройдет испытания с первого раза, т.е. таких испытаний потребуется провести несколько раз.
Прежде чем потратить время и деньги на тестирование для сертификации конечного продукта, стоит удостовериться, что ваше устройство готово для отправки в испытательную лабораторию. Для этого есть смысл провести предварительное тестирование на соответствие стандартам ЭМС (т.н. PRECOMPLIENCE).
Воспроизведение условий испытаний по процедуре проверки соответствия по промышленным стандартам ЭМС на вашем собственном месте практически невозможно, если только вы не готовы тратить много денег на оборудование и оснащение. Тем не менее, вы все еще можете повысить вероятность прохождения тестирования на соответствие стандартам ЭМП/ЭМС, инвестируя в решение для предварительного тестирования, которое вы можете установить на вашем предприятии или вблизи него.
Если в ходе предварительного тестирования выяснится, что Ваше устройство не проходит по требованиям стандартов, этого знания недостаточно, необходимо иметь инструменты, которые помогут выявить проблемные зоны в проекте и локализовать элементы, создающие повышенный уровень электромагнитных помех.
Это можно сделать, сочетая оборудование и программное обеспечение от нескольких наших поставщиков измерительного оборудования.
Ниже перечислены некоторые функции, которые должны быть в аппаратном и программном решении процедуры предварительного тестирования.
Снятие спектра сигналов с помощью анализатора спектра в диапазоне частот по крайней мере до 1 ГГц, для большинства коммерческих продуктов необходимый диапазон от 30 МГц до 6 ГГц.
Анализатор спектра должен иметь аппаратный или программно реализованный пиковый и квазипиковый детектор, при помощи которого можно регистрировать пиковые уровни ЭМП в спектре излучения тестируемого устройства на интересующих вас частотах.
Функция проверки гармоник, при помощи которой можно проводить тестирование только для определенных гармоник и находить места излучения на плате при помощи пробника поля в ближайшей зоне.
Маркеры гармоник, при помощи которых можно находить излучения на гармониках известной частоты.
Функция запоминания несколько кривых, при помощи которой можно сравнивать параметры тестируемого устройства с окружающим шумом, предыдущими итерациями устройства и т. д.
Автоматические или выполняемые вручную повторные измерения при нескольких сбоях, позволяющие определить характер сбоя (разовый или повторяющийся).
Результаты нескольких измерений в разных форматах в одном и том же настраиваемом пользователем отчете.
Важно, чтобы в комплексе программно-аппаратных решений были заложены требования промышленных стандартов, а также средства удобного сравнения реальных измерений с предельно допустимыми уровнями.
Аппаратная часть решения для ЭМС должна предусматривать использование антенн и предусилителей сигнала для измерения ЭМП, излучаемых устройством в эфир, а также эквивалент нагрузки (LISN) для регистрации ЭМП, генерируемых уcтройством в питающую его сеть.
Детекторы: квазипик, пик и среднее арифметическое
В процессе предварительной проверки на наличие ЭМП тестируемое устройство сканируется по спектру излучения и сравнивается с предельными значениями, указанными в требуемых стандартах. Стандарты также определяют, каким образом должен регистрироваться уровень ЭМП от устройства. Большинство коммерческих стандартов используют три основных детектора, определенных стандартом CISPR16-1: пиковый, квазипиковый и средний.
Функция пикового детектора , как показывает ее название, сохраняет пиковое значение для каждой гармоники сигнала, указывая на наихудший сценарий развития событий.
Детектор среднего значения обеспечивает амплитуду каждого компонента сигнала за период, показывая наилучший сценарий развития событий.
Квазипиковый детектор взвешивает каждый компонент на основе его периодичности: чем быстрее частота повторения, тем выше вес.
Для быстрого выполнения ЭМС сканирования большинство инженеров начинают с обнаружения пиков электромагнитного излучения от устройства при проектировании и предварительных тестированиях. Затем результаты сравниваются с опубликованными в стандартах квазипиковыми пределами. Если устройство соответствует квазипиковым пределам с большим запасом, оно, скорее всего, пройдет проверку на соответствие, и квазипиковое тестирование может не потребоваться. Тем не менее, если тестирование проходит без запаса, рекомендуется квазипиковое тестирование.
Место для предварительного тестирования на ЭМС
Идеальное место для тестирования - в свободной от радиосвязи среде, вдали от базовых станций и любых радиоволновых загрязнений. Неплохое решение для этого: организовать тестирование на большом пустом складе. Требования помещению состоят в том, что необходимо избежать близко расположенных стен со скрытыми металлическими жгутами или предметами, которые могут создавать отражения и/или усилить некоторые "проходящие" помехи.
Профессиональные испытательные лаборатории используют специальное экранирующее покрытие стен потолка и пола, поглощающее э/м излучение (т.н. безэховые камеры).
Стандарты тестирования на ЭМС
Для каждого вида оборудования, тестируемого на ЭМС, существуют отраслевые стандарты, которым оно должно соответствовать. Они различаются для стран (в частности, широко используются европейские, японские и американские стандарты). В РФ – свои стандарты на ЭМС, некоторые из них совпадают с международными стандартами.
Основные виды испытаний на ЭМС в РФ
№ п/п
Виды испытаний на ЭМС
Обозначение стандарта, на соответствие которому проводится испытание
Гармонические составляющие тока, потребляемого техническими средствами из сети электропитания
ГОСТ 30804.3.2-2013 (IЕС 61000-3-2:2009)
3
Колебания напряжения и фликер, вызываемые техническими средствами в сети электропитания
ГОСТ 30804.3.3-2013 (МЭК 61000-3-3:2008)
Помехоустойчивость
1
Устойчивость к электростатическим разрядам
ГОСТ 30804.4.2-2013 (МЭК 61000-4-2-95)
ГОСТ Р 51525-99 (МЭК 60255-22-2-96)
2
Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю
ГОСТ 30804.4.3-2013 (МЭК 61000-4-3:2006)
3
Устойчивость к наносекундным импульсным помехам
ГОСТ 30804.4.4-2013 (МЭК 61000-4-4:2004)
ГОСТ Р 51516-99 (МЭК 60255-22-4-92)
4
Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии
ГОСТ Р 51317.4.5-99 (МЭК 61000-4-5-95)
5
Устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями
ГОСТ Р 51317.4.6-99 (МЭК 61000-4-6-96)
6
Устойчивость к магнитному полю промышленной частоты
ГОСТ Р 50648-94 (МЭК 1000-4-8-93)
7
Устойчивость к импульсному магнитному полю
ГОСТ Р 50649-94 (МЭК 1000-4-9-93)
ГОСТ 30336-95 (МЭК 1000-4-9-93)
8
Устойчивость к затухающему колебательному магнитному полю
ГОСТ Р 50652-94 (МЭК61000-4-10-93)
9
Устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания
ГОСТ 30804.4.11-2013 (МЭК 61000-4-11:2004)
10
Устойчивость к затухающим колебательным помехам
ГОСТ Р 51317.4.12-99 (МЭК 61000-4-12-95)
11
Устойчивость к искажениям синусоидальности напряжения электропитания, включая передачу сигналов по электрическим сетям
ГОСТ 30804.4.13-2013 (МЭК 61000-4-13:2002)
12
Устойчивость к колебаниям напряжения электропитания
ГОСТ Р 51317.4.14-2000 (МЭК 61000-4-14-99)
13
Устойчивость к кондуктивным помехам в полосе частот от 0 до 150 кГц.
ГОСТ Р 51317.4.16-2000 (МЭК 61000-4-98)
14
Устойчивость к пульсациям напряжения электропитания постоянного тока
ГОСТ Р 51317.4.17-2000 (МЭК 61000-4-17-99)
15
Устойчивость к изменениям частоты в системах энергоснабжения
ГОСТ Р 51317.4.28-99 (МЭК 61000-4-28-99)
16
Устойчивость к провалам, коротким прерываниям и изменениям напряжения, воздействующим на входной порт электропитания постоянного тока
МЭК 61000-4-29:2000
17
Устойчивость к токам кратковременных синусоидальных помех частотой 50 Гц в цепях защитного и сигнального заземления
ГОСТ 32137-2013 п. 4.2.1.13
18
Устойчивость к токам микросекундных импульсных помех в цепях защитного и сигнального заземления
ГОСТ 32137-2013 п. 4.2.1.14
Многие российские разработчики стремятся обеспечить соответствие не только российским, но и международным стандартам на ЭМС, чтобы продукцию можно было поставлять на экспорт.
Международные и российские стандарты для предварительных испытаний на соответствие требованиям к электромагнитным помехам и электромагнитной совместимости
Сегменты рынка
Тип оборудования
Стандарты
ГОСТ (СИСПР)
IEC/CISPR
CENELEC/EN
FCC
MIL-STD
DEF-STAN
ISM MEDICAL
Промышленное, научное и медицинское оборудование
ГОСТ Р 51318.11-2006 (СИСПР 11:2004)
CISPR 11
EN 55011
CFR, заголовок 47, часть 18
Электрическое медицинское оборудование
EN 60601-1-2
Автомобильная электроника
Транспортные средства, лодки и двигатели внутреннего сгорания
Квалификационные требования КТ-160(D, G), ГОСТ Р 56529-2015
Атомная промышленность
Атомные станции
ГОСТ 32137-2013
Типичный состав оборудования для предварительного тестирования на ЭМС
Анализатор спектра (традиционный или на базе ПК)
Осуществляет измерение спектра излучения от тестируемого объекта, регистрацию уровня ЭМП в различных режимах тестирования на ЭМС, в т.ч. в режиме квази-пик-детектора
Специализированное ЭМС-Программное обеспечение на ПК или на анализаторе спектра
Реализует набор процедур на предварительное тестирование ЭМС. Облегчает сравнение реального уровня ЭМП с заданными предельными уровнями по набору промышленных стандартов по ЭМС.
Предварительный усилитель для анализатора спектра
Усиливает сигнал, подающийся в анализатор спектра (обычно, на 20-30 дБ)
Комплект антенн со штативами
Калиброванные антенны ЭМС захватывают ЭМП от тестируемого устройства и передают в анализатор спектра. Охватывают диапазоны от 30 МГц до 1 ГГц (обычно широкополосный диполь - от 30 до 200 МГц и логопериодическая, от 200 до 1000 МГц), и 1-6 ГГц (обычно рупорная антенна, от 1 до 18 ГГц).
Датчики ближнего поля
Предназначены для проверки всех элементов устройства, захвата ЭМП от локальных участков тестируемого устройства и передачи в анализатор спектра. Помогают выявить проблемные места в конструкции или схемотехнике, проваливающие тесты на ЭМС.
Эквиваленты сети
Позволяют корректно подключить анализатор спектра в цепь питания устройства для выявления и анализа помех, которые устройство генерирует в цепи питания и сетевые линии.
Руководства и видео от производителей по проведению предварительного тестирования на ЭМС
* Данное оборудование может использоваться с приборами других производителей.
** Данный прибор - не единственный подходящий для ЭМС в линейке производителя, могут быть использованы и другие модели.
Получить измерительные задачи по RSS