Proces testowania EMC i wymagania dotyczące zgodności EMC

Jak wspomniano w ostatnim artykule, w którym omawialiśmy zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), prawie wszystkie produkty elektroniczne przeznaczone do użytku komercyjnego i legalnej sprzedaży muszą posiadać jeden lub więcej certyfikatów jako dowód, że produkt jest zgodny z określonymi przepisami / wytycznymi i przeszedł powiązane testy. Istnieje mnóstwo przepisów i różnią się one w zależności od miejsca, czasem z niewielkimi różnicami, ale w każdym miejscu, w którym ma być sprzedawane urządzenie elektroniczne, musi ono spełniać normy określone przez organ zarządzający w tym miejscu.

W dzisiejszym artykule przyjrzymy się jednemu z najpopularniejszych testów certyfikacyjnych, które muszą przejść urządzenia elektroniczne; EMC (zgodność elektromagnetyczna) Certification. W artykule omówiono kilka kwestii dotyczących EMC, w tym; Co to jest EMC, dlaczego EMC jest potrzebne, jakiego rodzaju produkty tego potrzebują i jakie są różne przepisy dotyczące EMC w poszczególnych krajach.

Co to jest EMC?

EMC oznacza zgodność elektromagnetyczną i jest to proces, który istnieje w celu zapewnienia środków, za pomocą których można zweryfikować zdolność urządzenia do działania w środowisku elektromagnetycznym.

Wszystkie systemy lub urządzenia elektryczne i elektroniczne emitują pewien poziom fal elektromagnetycznych, które mogą zakłócać działanie innych urządzeń, gdy są one podłączone lub umieszczone blisko siebie. Te zakłócenia mogą spowodować nieprawidłowe działanie urządzeń w sposób, który może być szkodliwy dla użytkowników lub po prostu sprawić, że produkt stanie się bezużyteczny. Zapobieganie i ograniczanie możliwości takiego zdarzenia doprowadziło do opracowania wymagań EMC, tak aby zapewnić wspólną podstawę, na której produkty / systemy elektryczne / elektroniczne są oceniane pod względem jakości i bezpieczeństwa funkcjonalnego.

EMC jest często używane zamiennie z EMI, ale chociaż istnieje między nimi wiele podobieństw, należy zauważyć, że EMC różni się od EMI. EMI (zakłócenia elektromagnetyczne) to miara promieniowania emitowanego przez urządzenie wraz z jego możliwymi konsekwencjami, podczas gdy EMC jest właściwością systemu lub urządzenia, która zapewnia, że ​​zachowuje się tak, jak zostało zaprojektowane, w środowisku z EMI Ingerencja.

Znaczenie EMC

Chociaż dokładne specyfikacje różnią się w zależności od kraju i regionu, certyfikaty EMC pozostają jednym z wymogów prawnych zatwierdzania sprzedaży urządzeń elektronicznych w większości krajów. Na przykład na rynkach europejskich znak CE musi być umieszczony na wszystkich produktach elektronicznych przed ich sprzedażą i jest stosowany tylko wtedy, gdy producent spełnił wszystkie dyrektywy mające zastosowanie do produktu, w tym certyfikat EMC. Dowodem na to jest Deklaracja Zgodności (DOC), która jest zwykle dostarczana z instrukcją obsługi produktu. W przypadku nowych produktów dostawcy / dystrybutorzy na dużą skalę zwykle weryfikują DOC za pomocą testów, ponieważ ryzykują dostarczeniem niezweryfikowanych urządzeń, co jest działaniem traktowanym jako oszustwo i może prowadzić do wysokich grzywien, wycofania produktów i kar więzienia.

Oprócz wymogów prawnych, brak przeprowadzania testów EMC na urządzeniach może mieć poważne konsekwencje posprzedażowe. Certyfikacja EMC pomaga zwiększyć niezawodność produktu, ponieważ testy pomogłyby wskazać wszelkie potencjalne problemy z produktem przed rozpoczęciem produkcji, dając producentowi możliwość rozwiązania problemu bez ponoszenia kosztów i zakłopotania związanego z wycofaniem produktu z rynku lub gwarancjami serwisowymi.

W dłuższej perspektywie przejście przez proces certyfikacji EMC nie tylko zapewni, że będziesz w stanie sprzedawać swoje produkty na rynkach, które tego wymagają, ale także pomoże Ci zbudować niezawodny produkt, który zapewni zaufanie klientów i zdecydowanie zwiększy sprzedaż.

Przepisy dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej i wymagania certyfikacyjne

Jak wspomniano wcześniej, wymagania dotyczące certyfikacji różnią się w zależności od kraju i regionu. Na przykład w Stanach Zjednoczonych FCC określa zasady dotyczące testów EMC za pomocą zasad takich jak przepisy FCC część 15, które definiują maksymalną ilość nielicencjonowanych zakłóceń częstotliwości radiowych, które mogą być wytwarzane przez różne urządzenia. Podczas certyfikacji w Stanach Zjednoczonych urządzenia otrzymują znak FCC.

Poza Stanami Zjednoczonymi w przepisach dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej stosowane są różne normy ISO, IEC i CISPR. W UE do sprzedaży produktu wymagany jest znak CE, który jest przyznawany dopiero po uzyskaniu certyfikatu produktu. W Afryce kraje takie jak Republika Południowej Afryki wymagają „Certyfikatu zgodności”, który jest wydawany przez Południowoafrykańskie Biuro ds. Standardów (SABS), a kraje takie jak Nigeria korzystają ze standardów IEC / CISPR.

Surowość kary za nieprzestrzeganie różni się w zależności od kraju, ponieważ przestrzeganie przepisów jest nadal dobrowolne w niektórych krajach rozwijających się, ale wraz z rozwojem tych krajów, a skutki EIW stają się bardziej widoczne, nie ma wątpliwości, że surowsze przepisy zaczną obowiązywać. powstają wokół niego.

Proces testowania EMC

Istnieją 3 główne kategorie problemów związanych z urządzeniami elektronicznymi monitorowanymi przez EMC. Kategorie obejmują;

1. Emisja
2. Podatność
3. Odporność

1. Badanie emisji:

Emisja odnosi się do celowego lub przypadkowego wytwarzania energii elektromagnetycznej z dowolnego źródła. W przypadku urządzeń elektronicznych testy EMC mają na celu sprawdzenie niepożądanych emisji z urządzenia i środków zaradczych, które można podjąć w celu ograniczenia i zapobieżenia ich negatywnemu wpływowi na inne urządzenia wokół nich.

Badanie emisji polega na pomiarze natężenia pola emisji przewodzonej i wypromieniowanej w urządzeniu, przy czym emisje przewodzone zostały wykonane wraz z kablami i okablowaniem, natomiast promieniowanie (indukcyjne i pojemnościowe) jest mierzone we wszystkich kierunkach wokół urządzenia.

Monitorowanie emisji promieniowania jest bardzo ważne w przypadku urządzeń, które będą używane w bliskim sąsiedztwie innych urządzeń elektronicznych. Odbywa się to za pomocą anten jako przetworników, podczas gdy narzędzia takie jak cęgi prądowe RF lub sieci stabilizacji impedancji linii (LISN) są używane jako przetworniki do przewodzonych emisji. Przetworniki są podłączane do wyspecjalizowanego odbiornika testowego lub analizatora EMI, który zawiera szerokości pasma i detektory zgodne z wymaganiami różnych międzynarodowych norm EMC.

2. Badanie wrażliwości:

Podatność odnosi się do tendencji jednego sprzętu elektrycznego (zwykle określanego jako ofiara) do awarii lub wadliwego działania w pobliżu emisji z innego urządzenia (EMI).

Podobnie jak w przypadku badania emisji, badanie podatności jest również wykonywane dla zakłóceń wypromieniowywanych i przewodzonych. W przypadku podatności na promieniowanie badanie zwykle obejmuje użycie źródła promieniowania elektromagnetycznego o dużej mocy i anteny promieniującej w celu skierowania energii do urządzenia testowanego (testowane urządzenie). Z drugiej strony, w przypadku podatności na przewodzenie, badanie jest zwykle wykonywane przy użyciu generatorów sygnału o dużej mocy wraz z cęgami prądowymi lub innym rodzajem transformatora w celu wprowadzenia zakłóceń na kabel.

Podobnie jak w przypadku wszystkich testów zgodności, w przypadku obu testów standardowe dokumenty określają, jakie powinno być środowisko testowe, sprzęt, który ma być użyty oraz ich kalibrację. W większości norm zalecanymi miejscami testowymi są otwarte miejsca testowe (OATS), ale ostatnio testy przeprowadza się w pomieszczeniach przy użyciu specjalistycznych komór testowych EMC, takich jak komora bezechowa i komora pogłosowa. Mogą wystąpić pewne różnice w podanych powyżej opisach ze względu na różnice w urządzeniach.

3. Badanie odporności:

Odporność urządzenia elektronicznego odnosi się do zdolności sprzętu elektronicznego do prawidłowego działania w obecności zakłóceń elektromagnetycznych.

Chociaż można powiedzieć, że odporność z definicji jest odwrotnością podatności, są one często używane zamiennie. Określając ich poziomy, można zweryfikować zdolność urządzenia elektronicznego do prawidłowego działania w obliczu zakłóceń elektromagnetycznych.

Przygotowanie do testów zgodności z EMC

Chociaż testy EMC wydają się proste, przejście ich wymaga dużo pracy, pieniędzy i czasu. Nie jest to bez związku z niematerialnym charakterem EMC, który uniemożliwia producentom ustalenie, czy produkty są zgodne z normami, chyba że zostanie przeprowadzony test, oraz wysoki koszt sprzętu wymaganego do testu, co sprawia, że ​​posiadanie ich jest złym pomysłem., a outsourcing do (również drogich, kilka tysięcy USD / dzień testowy) akredytowanych laboratoriów zgodności jest zwykle lepszą opcją.

Jednakże, chociaż większość firm może być w stanie pokonać barierę kosztową, największym problemem jest to, że wyniki testów są negatywne. Zwykle jest to dość trudny moment dla firmy i kierowników projektów, ponieważ nie można wprowadzić zmian w trakcie testu, co oznacza, że ​​produkt musi zostać odesłany do zespołu projektowego w celu przeprojektowania, a więcej tysięcy dolarów będzie musiało zostać wydanych na powtórz test.

Nieskuteczność procesu opisanego powyżej jest jednym z głównych czynników przyczyniających się do wysokich kosztów badań i rozwoju oraz opóźnień w harmonogramie rozwoju produktu. Aby złagodzić to ryzyko i zwiększyć szanse, że urządzenia przejdą testy przy pierwszej próbie, firmy stosują pewne podejścia, które można ogólnie podzielić na dwie podpozycje, w tym;

1. Projekt
2. Testowanie przed zgodnością

1. Podejścia projektowe mające na celu poprawę zgodności z EMC

Najmądrzejszą grą projektową (w przypadku produktów, w przypadku których jest to dopuszczalne) jest użycie modułów wstępnie certyfikowanych w rozwoju produktu, ponieważ zapewnia to znaczne zmniejszenie nakładu pracy włożonego w certyfikację produktu. Jednak uwzględnienie zgodności EMC w projekcie nowego produktu wymaga oceny (na podstawie scenariuszy, w których produkt będzie używany), możliwych;

1. Źródła EMI (wewnętrzne lub zewnętrzne) i typ sygnału.
2. Charakter „Ofiary” i znaczenie możliwej awarii.
3. Ścieżka łącząca do „Ofiary” - Twojego urządzenia (w przypadku zewnętrznego) lub innych urządzeń wokół niego.

Minimalizacja zakłóceń podczas projektowania polega na zmniejszeniu wewnętrznych źródeł EMI poprzez zwracanie uwagi na „małe” rzeczy, takie jak typ używanego przełącznika, i nieco ważniejsze rzeczy, takie jak używane interfejsy połączeniowe / komunikacyjne, częstotliwość, na której działa i możliwe zakłócenia ze źródeł zewnętrznych. Dzięki zbadaniu środowiska, w którym urządzenie ma być zainstalowane / użytkowane, można uzyskać dostęp do charakteru ofiar lub potencjalnych emiterów oraz znaczenie możliwych nieprawidłowości, jakie mogą spowodować, i skutecznie uwzględnić je w projekcie.

Jeśli chodzi o sprzężenie, system, który łatwo łączy energię z „wyjściem”, równie łatwo łączy energię „wchodzącą”, ponieważ wiele aspektów dobrej praktyki projektowania EMC dotyczy zarówno emitera, jak i ofiar, co oznacza, że ​​pojedyncze ulepszenie projektu w celu zmniejszenia emisji również zmniejszyłoby podatność. Niektóre techniki projektowania mające na celu redukcję emisji, takie jak uziemienie, ekranowanie, zostały omówione w poprzednim artykule dotyczącym EMI, dostępnym tutaj.

2. Wstępne testy zgodności

Innym sposobem na obniżenie kosztów i możliwość niepowodzenia testu jest wykonanie testów EMC w całym procesie projektowania przy użyciu konfiguracji testów zgodności EMC, która jest dostosowana do warunków, które będą stosowane podczas testowania zgodności. Chociaż może Cię to kosztować tylko trochę mniej niż to, co możesz zapłacić za dzień w akredytowanym laboratorium, zwiększy to prawdopodobieństwo, że urządzenie przejdzie test za pierwszym razem, obniży całkowity koszt testu i skróci czas wprowadzenia na rynek..

Wniosek

Podczas gdy przygotowanie do certyfikacji takich jak EMC jest łatwe dla dużych organizacji, dla start-upów i małych firm, jest to inna gra w piłkę ze względu na brak funduszy i konieczność przetestowania kilku założeń na początku ich istnienia. Jednak startupy mogą zmniejszyć ryzyko, zapewniając, że zespół projektowy, na jak najwcześniejszym etapie procesu projektowania, uwzględni kwestie EMI / EMC w procesie projektowania. W zespołach, w których wiedza na temat certyfikatów jest niewielka, mogą wybrać współpracę z konsultantami z takim doświadczeniem, aby zapewnić zespołowi wsparcie. Takie postępowanie nie tylko pomoże przygotować produkt do przyszłej certyfikacji, ale także pomoże im dostarczyć produkt, który jest niezawodny dla ich klientów.