EMC fogalma, EMC szimuláció, csatolási formák

EMC fogalma, EMC szimuláció, csatolási formák Moduláramkörök és készülékek

Ajánlott irodalom • D. Stohl: Elektromágneses zavarvédelem • Chatteron: EMC: Electromagnetic theory for practical design • Ferenczy Ö.: Teljesítményszabályzó áramkörök • MSz EN 50081 Általános zavarkibocsátási szabvány • MSz EN 50082 Általános zavartűrési szabvány Moduláramkörök és készülékek

Néhány gyakori rövidítés • EMC Electromagnetic Compatibility Elektromágneses kompatibilitás • EME Electromagnetic Emission • EMI Electromagnetic Interface Elektromágneses zavarkibocsátás • CE Conducted Emission Vezetett zaj • RE Radiated Emission Sugárzott zaj • EMS Electromagnetic Susceptibility Elektromágneses zajokra érzékenység • CS Susceptibility to Conducted Emiss. Vezetett zajokra érzékenység • RS Susceptibility to Radiated Emission Sugárzott zajokra érzékenység Moduláramkörök és készülékek

EMC fogalma IEC TC 77 • „Az EMC mindaz, ami nincs a kapcsolási rajzon és az anyag és szerelési listán” • Minden készülék egyben gerjesztője, egyben elviselője az elektromágneses zavarkörnyezetnek. Akkor kompatíbilis az elektronikus készülék elektromágneses szempontból a környezetével, ha az általa kibocsátott zavar megfelelően kicsi és az immunitása nagy. • Minden készülékre, készülékcsaládra emissziós és immunitási szinteket határoznak meg a szabványok. Moduláramkörök és készülékek

EMC fogalma f Moduláramkörök és készülékek

Elektromágneses zavarvédelmi szimuláció A szimulátor programok időbeli fejlődése: • 1995 jel integritás (áthallás) a PCB-n és a kábel csomagban) • 1997 PCB emisszió (két dimenziós) • 1998 Készülék emisszió (három dimenziós) • 2000 PCB érzékenység (két dimenziós) • 2001 Készülék érzékenység (három dimenziós) Moduláramkörök és készülékek

PCB emissziós szimuláció funkciói • Jel integritás vizsgálat - kapacitív, induktív csatolásból, illetve illesztetlen lezárásból származó áthallások, reflexiók, lengések, lecsengések • Áram és feszültség jelalakok vizsgálata az időtartományban és a frekvencia tartományban • Elektromos és mágneses sugárzás számítása a panel fölött (board scan) • Mágneses és elektromos térerősségtérkép, áramsűrűségtárkép • Mi lenne ha szimulációk Moduláramkörök és készülékek

Feszültség és áram hullámformák az időtartományban Moduláramkörök és készülékek

Mágneses tér spektruma Moduláramkörök és készülékek

Sugárzott térerősségtérkép (5mm) Moduláramkörök és készülékek

Feszültség hullámformák, különböző lezáró ellenállások esetén Moduláramkörök és készülékek

Layout tervezés EMC szimuláció Újratervezés Prototípus készítés Ellenőrzés EMC intézkedések EMC szimuláció helye Moduláramkörök és készülékek

Zavarérzékeny rendszer Zavarforrás Csatolás Zavarvédelmi intézkedések Zavarási modell Moduláramkörök és készülékek

Zavarási modell 2 Moduláramkörök és készülékek

Zavarvédelmi intézkedések • Zavarforrás zavaró hatásának csökkentés • Rendszerek közti csatolás csökkentése • Készülék zavarérzékenységének csökkentése Moduláramkörök és készülékek

Csatolási formák • Galvanikus (vezetett) csatolás – készülékek és részegységek között • Nem galvanikus csatolás • kapacitív csatolás – részegységek között • induktív csatolás – részegységek között • sugárzás útján létrejövő csatolás – készülékek és részegységek között Moduláramkörök és készülékek

Galvanikus csatolás • A zavarjel galvanikus (fémes) úton jut be a zavarérzékeny készülékbe • Galvanikus kapcsolat • közös tápellátó rendszer (táp és földvezetékek) • jelvezetékek Tápellátás, földelés P1 P2 Jelvezetékek Moduláramkörök és készülékek

Z11 I1 U1 Z12 Iz Z3 Z4 Z22 I2 U2 Z21 Galvanikus csatolási modell Moduláramkörök és készülékek

Egyszerűsített galvanikus csatolási modell Z11 I1 U1 Zcs I2 Z21 U2 Moduláramkörök és készülékek

Galvanikus csatolás hatásának csökkentése • Felesleges összekötések elhagyása • csatolóimpedanciák kis értéken tartása (helyes földelés) • galvanikus elválasztás (potenciálleválasztás) Moduláramkörök és készülékek

Kapacitív csatolás • Nincs közös impedancia • Egymás mellett hosszan haladó, egymáshoz közeli vezetékek esetén • kábelköteg • nyomtatott áramköri lemez • Frekvenciafüggés Moduláramkörök és készülékek

Kapacitív csatolási modell 1. vezető 2. vezető C12 U2 C1f C2f R Uz Uz zavarforrás U2 zavarfeszültség C1f,C2f vezető-föld szórt kap. C12 két vezető közti szórt k. R záró ellenállás Moduláramkörök és készülékek

Síkbeli kapacitív modell C12 2. vezető 1. vezető C1f U2 C2f R Uz Moduláramkörök és készülékek

Kapacitív csatolás elleni védekezés • Csatolókapacitás kis értéken tartása • nagy távolság • rövid vezetékek • közös huzalkötegek, kábelcsatornák mellőzése • Kapacitív árnyékolás Moduláramkörök és készülékek

C12 2. vezető 1. vezető Cél a C12 csatoló kapacitás csökkentése Alkalmazható: a zavarforrásnál (Á1) a zavarvevőnél (Á2) mindkét helyen C1f U2 C2f R Uz Á2 Á1 Kapacitív árnyékolás Moduláramkörök és készülékek

i1 R2 M L1 L2 Uz Uzi uzi=-M di1/dt R R1 Induktív csatolási modell Moduláramkörök és készülékek

Induktív csatolás elleni védekezés • M kis értéken tartása • hurok terület csökkentése • hurkok közti távolság növelése • Induktív árnyékolás • Szimmetrizálás (vezetékek sodrása) Moduláramkörök és készülékek

Induktív árnyékolás • Árnyékolni lehet • alkatrészeket, vezetékeket • részegységeket • készülékeket • Árnyékolás • kisfrekvencián: ferromágneses anyagokkal • nagyfrekvencián: örvényáramú árnyékolókkal Moduláramkörök és készülékek

Kisfrekvemciás árnyékolás • Kis frekvencián, ferromágneses anyagokkal (pl. Fe+Ni) • Köpenyszerű kialakít., nagy r ,drága • a=20 lg (1+2r 2d/3r) • r relatív permeab. • d henger falvastags. • r henger belső sug. Moduláramkörök és készülékek

Örvényáramú árnyékolás • Nagyfrekvenciás tartományban (~MHz) • Köpenyszerű kialakítás • A köpeny anyaga olcsóbb nem mágneses anyag is lehet (rézcső) • A köpenyben keletkező örvényáramok felemésztik a mágneses tér energiáját Moduláramkörök és készülékek

Sugárzási zavarási modell r Zavar adó Zavar vevő H0, E0 Nagy I, kis U --- H0 Nagy U, kis I --- E0 Moduláramkörök és készülékek

Sugárzási csatolás elleni védekezés • Sugárzás szemponyjából optimális konstrukció (PCB layout!) • Árnyékolás • Összetevői: a=aa+ar • aa abszorpciós csillapítás - árnyékoló anyagban fellépő veszteség, vastagság! • ar reflexiós csillapítás - az anyag konduktivitásától és permeabilitásától függ Moduláramkörök és készülékek

EMC fogalma, EMC szimuláció, csatolási formák