EMC-testaukset tuotekehityksessä

1. EMC-testaukset tuotekehityksessä Tauno Tepsa Rovaniemen Ammattikorkeakoulu Tekniikka ja Liikenne e-mail:tauno.tepsa@ramk.fi Puh: 040 536 58 52 http://tl.ramk.fi/~te_tane

2. Mistä Saan Tietoa ??? • Kokeile Internetin hakupalvelimia ! • Esim. hakusana EMC/kaikki kielet • Tuloksia • Evreka: 193 886 kpl • Alta vista: 210 230 kpl • Lyhenteellä EMC on kaksoismerkitys Englanninkielessä!!

3. Mstä saan tietoa ??? • Hakusana ElectroMagnetic_Compatibility • Tuloksia • Evreka: 19 988 kpl • Altavista: 17 513 kpl • Hakusana Sähkömagneettinen_yhteensopivuus • Evreka: 145 kpl

4. Mistä saan tietoa ?? • Linkkikokoelma: • kotimaisia linkkejä • WWW.fimko.fi • WWW.emcec.fi • Akkreditoituja mittauslaboratorioita • www.megabaud.fi/~jsarapel/emc.htm • Juha Sarapellon EMC-sivut. Sisältää linkkisivun

5. Mistä saan tietoa ?? • Kirjallisuutta: • EMC for Product designers/Tim Williams • Interference-free electronics/Sten Benda • A handbook for EMC testing and measurement/ David Morgan • Varma digitaalielektroniikka/ Reitmaa & Gustafsson

6. Mistä saan tietoa ?? • EMC-direktiivi: www.tukes.fi • EMC-direktiivin soveltamisopas/ Jaakko Annanpalo • http://www.tukes.fi/sahkoturvallisuus/ohjeet/emcdopas.doc • www.iec.ch • mm. Julkaisu ”The role and contribution of IEC standards” • www.sesko.fi • www.sfs.fi

7. Mistä saan tietoa ?? • Yliopiston kurssimateriaaleja: • EMC-periaatteet ja käytäntö/Raimo Sepponen/TKK • 52439S EMC-suunnittelu/Luentomateriaali/Oulun Yliopisto

8. EMC-Suunnittelu • Suurissa yrityksissä EMC-suunnittelu on osa tuotteen suunnittelua • Pienissä yrityksissä usein suunnitellaan prototyyppi ensin ja yritetään korjata EMC-ongelmat seuraaviin tuotekierroksiin tai oletetaan että “kyllä kotelointi hoitaa ongelman”

9. EMC-Suunnittelu • Jo spesifikaatioita tehtäessä pitäisi olla selvillä suunnitteluun vaikuttavat EMC-asiat • Suoritettava EMC-analyysi (esim. EMC-direktiivin soveltamisopas) • Laitteen nimitys ja käyttötarkoitus rajaavat jo aika hyvin mahd. standardeja

10. EMC-Suunnittelu • Tehtävä valinta HARMONISOITUJEN STANDARDIEN ja TEKNISEN RAKENNETIEDOSTON välillä • Kuinka prototyyppi testataan ? • EMI/ESD-suojauksen kustannusten optimointi ? • Kannattaako tuotetta suojata “Liian Hyvin” • Asiakkaan toivomukset

12. EMC-Suunnittelu • Motto: KALLISTA ON SUUNNITTELUN VIRHEIDEN KORJAAMINEN JÄLKEENPÄIN LISÄTTÄVILLÄ SUOJAUKSILLA !

13. EMC-MITTAUKSET • Jotta EMC-mittauksista olisi hyötyä on niiden perustuttava johonkin standardiin. • EMC-mittauksille on omat mittausstandardit eli ns. Basic standardit (EN61000-x-x) • Määrittelevät testausmenetelmät, laitteet sekä testausjärjestelyn • Ei määrittele vaatimusrajoja!!

14. EMC-MITTAUKSET • Yleiset standardit (Generic …) • Liittyvät tietyissä ympäristöissä käytettäviin tuotteisiin • määrittelevät, mitkä häiriöt on huomioitava, vaatimukset sekä perusstandardin • Käytetään, jos ei löydy sopivaa TUOTEPERHEstandardia

15. EMC-MITTAUKSET • Tuoteperhestandardit määrittelevät... • mitä tuotteita standardi koskee • Tarkat testausmenetelmät ja rajat • esim. EN55022 (tietoliikennelaitteet) • Rajat jaetaan vielä luokkiin.. • A- teollisuuslaitteet • B- koti- toimisto ja pienteollisuusl.

16. EMC MITTAUKSET • Mitä kaikkea sitten mitataan ? • Päästötestit (Emissio ja johtuminen) • Sähkömagn. Häiriösäteily • tyypillisesti 30 -1000 MHz • Sähköverkkoon johtuva häiriö • 150 kHz - 30 MHz

17. EMC MITTAUKSET • Sietotestit • Staattisen sähköpurkauksen sietotesti (ESD) • kontaktipurkaus 2 - 15 kV • Radiotaajuisen kentän sieto • 80 - 1000 MHz • 1 V/m, 3 V/m ja 10 V/m • Transienttipurskeen sieto (EFT) • esim. 0.5 kV - 1 kV jännite 5 kHz:n taajuudella 15 ms:n ajan 300 ms:n välein

18. EMC MITTAUKSET • Syöksyaallon sieto (Surge) • Avoimeen piiriin (kytkin auki) annetaan suurienergisiä pulsseja minuutin välein vaiheisiin ja maahan • Virtapulsseja suljettuun piiriin • Johtuvan radiotaajuisen häiriön sieto • kytkentäverkon (LISN) kautta 1 - 10 V 80% AM-mod. Kantoaalto taajuuksilla 150 kHz - 80 MHz

19. EMC MITTAUKSET • Verkkojännitteen vaihtelun sieto • Esim. 10 % ali- ja ylijännitettä • Lyhytaikainen jännitekatkos • “Väärä jännite” (110 V/230V) • 50 Hz magneettikentän sieto • Matkapuhelin taajuudet • 900 Mhz:n kentän sietotesti • Standardeja tulee uusia ja suuremmille taajuuksille < 25 GHz

20. EMC MITTAUKSET • Kuinka näitä mitataan ? • EMC-päästötestit • Säteilevät häiriöt mitataan … • Radiokaiuttomassa huoneeessa 3m, 10m tai 30m • Investointina kallis ~10 Mmk • Vapaassa tilassa • Ongelmana ympäristöhäiriöt • GTEM-kammiossa • Eräänlainen pieni radiokaiuton tila • hintaluokka ~50 - 500 kmk

21. EMC MITTAUKSET • Mittalaitteena • Spektrianalysaattori tai mittavastaanotin

22. EMC MITTAUKSET • Johtuvat häiriöt mitataan käyttöjännitteestä LISNin kautta • LISN (Local lmpedance Stabilisation Network) • laite, jolla erotetaan mitattava laite sähköverkosta (ja siellä olevista häiriöistä)

23. EMC MITTAUKSET • ESD-sietotestit tehdään simulaattorilla (ESD-”pyssy”)

24. EMC MITTAUKSET • Radiotaajuisen kentän sietotesti on tehtävä suojatussa tilassa, koska käytettävät kentänvoimakkuudet voivat häiritä tai rikkoa lähistön radiolaitteita. • Tutkitaan miten laite käyttäytyy. • 1. Toimii normaalisti • 2. Häiriintyy säteilytyksen aikana • 3. Laite täytyy “rebootata” • 4. Laite vioittuu

25. EMC MITTAUKSET • Transienttipurske muodostetaan RF-generaattorilla ja johdetaan keinoverkon (LISN):n avulla Syöttökaapeliin. Muihin kaapeleihin purske siirretään kapasitiivisesti. • Simuloi esim. Releiden aiheuttamaa kytkinvärähtelyä (kipinöintiä).

26. EMC MITTAUKSET • Syöksyaalto (Surge) testataan kytkemällä tähän tarkoitukseen suunniteltu generaattori keinoverkon (LISN) avulla vaiheisiin ja maahan. • Simuloi salaman iskun aiheuttamaa suurienergistä häiriötä • kannattaa tehdä viimeisenä, koska tämä on “rankin” testi laitteelle

27. EMC MITTAUKSET • Käyttöjännite häiriöiden sieto • Simuloidaan ohjelmoitavan AC-virtalähteen avulla • 50 Hz magneettikentän sieto • Laitteen ympäri “Loop”- jossa verkkojännitteellä vaihteleva magneettikenttä.

28. EMC-TESTAUSSUUNNITTELU • OSA TESTAUSSUUNNITTELUA • Testaukset voidaan jakaa mm… • Toiminnalliseen testaukseen • Asiakkaan haluamat ominaisuudet • Toiminnasta riippumattomat testaukset • Viranomaisten vaatimukset • EMC-TESTAUS ON LAITTEEN TOIMINNASTA RIIPPUMATON TESTAUS

29. EMC-TESTAUSSUUNNITTELU • Projektin budjettiin kannattaa varata EMC-testauksiin oma kulunki • Projektisuunitelmassa täytyy päättää missä vaiheessa suoritetaan EMC-testauksia • Testataanko epäilyttävät komponentit erikseen ? • Hakkurit • LCD-näytöt ym.

30. EMC-TESTAUSSUUNNITTELU • Valmistetaanko proto piirilevy, joka testataan (ns. Precompliance testaus) • Kuka testaa ? • Onko käytössä oma mittauskalusto ja testaajat ? • Ulkopuolinen mittaaja • tarvitaanko konsultaatiota ? • Competent body ?

31. EMC-TESTAUSSUUNNITTELU • MUISTA ! TESTAAJA OLETTAA, ETTÄ LAITTEEN SUUNNITTELIJA ON ASIANTUNTIJA OMAAN LAITTEESEENSA, JOTEN TESTITULOSTEN TULKINTA ON ASIAKKAAN VASTUULLA • Kysyttäessä annetaan neuvoa, mutta konsultaatiosta voi joutua maksamaan

32. EMC-TESTAUSSUUNNITTELU • Laitteen täydellinen testaus (Fullcompliance) on kallis, joten tuote oltava valmis. • JOKAINEN MUUTOS PERIAATTEESSA VOI MUUTTAA LAITTEEN EMC-OMINAISUUKSIA • Myös tuotannossa oleva laite voi vaatia testaamista

33. EMC-CASE • Tässä kuvitteellinen esimerkkitapaus, kuinka pienehkö firma hoitaa tuotteen markkinoille tuonnin. • Aluksi oli tuoteidea... • Sen lisäksi, että kaikki muut asiat tehtiin asianmukaisesti, suoritettiin EMC-ANALYYSI • esim. EMC-Direktiivin soveltamisopas

34. EMC-CASE • Tässä tapauksessa löydettiin soveltuva Harmonisoitu standardi (tuoteperhestandardi), jota olisi voitu käyttää EMC-suunnittelun pohjana • Firmalla EI OLLUT riittävää OMAA mittauskalustoa, joten päädyttiin EMC-direktiivin mukaisuuden osoitukseen ns. Teknisen rakennetiedoston avulla.

35. EMC-CASE • Laitteen prototyyppipiirilevy analysoitiin yrityksen suunnittelijan toimesta alustavasti • Spektrianalysaattori ja mittapää • Joitakin komponentteja vaihdettiin • Suunniteltiin kotelointi ja liitännät eli saatiin tuotantoversio

36. EMC-CASE • Laite + suunnittelija + dokumentit lähetettiin oppilaitokselle, jossa oli parempi mittauskalusto Sähkömagneettisen emission testaamiseksi • Mittauksista saatiin mittausraportti, joka osoitti laitteen todennäköisesti suoriutuvan STANDARDIN mukaisesta testistä helposti

37. EMC-CASE • Tässä vaiheessa yritys otti yhteyttä ns. Competent bodyyn (CB) • CB on mittauslaitos, joka voi suorittaa standardin mukaisia testauksia • CB:n ohjeiden mukaan kerättiin ns. Tekninen rakennetiedosto • Laite käytettiin standardin mukaisissa testeissä • Laite läpäisi testin

38. EMC-CASE • Competent Body kirjoitti teknisen raportin tuotteesta • Yritys laati VALMISTAJAN VAKUUTUKSEN EMC-DIREKTIIVIN MUKAISUUDESTA • Muitakin direktiivejä oli mm. Sähköturvallisuus

39. EMC-CASE • Yhtiön toimitusjohtaja allekirjoitti asiakirjan vapisevalla kädellä muistaen, että … • Vakuutuksen allekirjoittaja vastaa HENKILÖKOHTAISESTI, mikäli tuote ei täytäkkään direktiivejä • CE-merkintä täytyy päivätä, sen varalta, että direktiivit muuttuvat

40. EMC-CASE • Vaatimustenmukaisuusvakuutus ja tekninen rakennetiedosto säilytetään 10 Vuotta laitteen markkinoillaolon jälkeen saatavilla viranomaisten käyttöön • Allekirjoittajan kannattaa ottaa vastuuvakuutus tuotteelle • Onko otettava vakuutus kaikille tuotteille vai voiko saada kaikkien tulevien “allekirjoitusten” osalta “pöljänpojanvakuutuksen” ?

41. EMC-PALVELUT ROVANIEMEN AMK:SSA RAMK TARJOAA KOLMEA TESTIÄ... - Säteilevien-/Johtuvien häiriöiden mittaus - ESD-purkauksen sieto - Nopeiden transienttien sieto (projekti kesken) MITTAUSKALUSTOA LÖYTYY mm. PIIRIKORTTIANALYYSIIN - Spektrianalysaattori HP8561B, 50 Hz - 6,5 GHz - Network/Spectrum/Impedance-analysaattori HP4395A, 10 Hz - 500 MHz