¿Qué es la compatibilidad electromagnética?
La compatibilidad electromagnética (EMC) es la capacidad de un dispositivo eléctrico para funcionar correctamente en su entorno sin verse afectado por interferencias electromagnéticas de otros dispositivos, incluidos aquellos que emplean tecnología de banda ultraancha (UWB). Por lo tanto, la EMC incluye dos normas de ensayo: interferencia electromagnética (EMI) y susceptibilidad electromagnética (EMS). Siga leyendo para obtener más información sobre la EMC y cómo puede evitar que afecte negativamente a sus dispositivos electrónicos.
Normas de certificación EMC
Las normas de compatibilidad electromagnética son importantes para los fabricantes que tienen que lidiar con la EMC. Existen muchas normas EMC diferentes y muchos sectores distintos que necesitan realizar pruebas de EMC.
Organización internacional
- IEC: La Comisión Electrotécnica Internacional, que incluye tres ramas:
CISPR: Comité Internacional Especial sobre Interferencias Radioeléctricas
TC77: Comité Técnico sobre Compatibilidad Electromagnética en Equipos Eléctricos (incluidas las redes eléctricas)
TC65: Medición y control de procesos industriales
- ISO: Organización Internacional de Normalización;
- IEEE;
- ETSI: Comité Europeo de Normas de Telecomunicaciones
- CCIR: Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones;
- UIT;
FCC: Comisión Federal de Comunicaciones;
VDE: Asociación Alemana de Ingenieros Eléctricos;
VCCI: Interferencia civil japonesa;
BS: Norma Británica;
ABSI: Norma Nacional Americana;
GOSTR: Norma del Gobierno ruso;
GB, GB/T: Norma nacional china.
¿Cómo se comprueba la compatibilidad electromagnética?
Hay muchas formas de probar la compatibilidad electromagnética (EMC). Un método común es usar una cámara EMC. Se trata de una sala diseñada especialmente para bloquear los campos electromagnéticos externos, de modo que los únicos campos presentes sean los generados por el dispositivo que se está probando. Al medir la respuesta del dispositivo a varios tipos de campos electromagnéticos, es posible determinar si es compatible con esos campos. Otros métodos para probar la EMC incluyen el uso de cámaras anecoicas y jaulas de Faraday.
1. Elija un laboratorio de pruebas EMC.
Las salas blindadas, las áreas abiertas, las cámaras anecoicas, las cámaras reverberantes, los TEM y los GTEM se encuentran entre los lugares más comunes para realizar pruebas de compatibilidad electromagnética (EMC). Entre ellos, las cámaras anecoicas son los lugares de prueba más comunes. Una cámara anecoica se utiliza para proteger las ondas electromagnéticas, excepto las del equipo de prueba, de interferencias con otras ondas electromagnéticas. Su principio consiste en absorber las ondas electromagnéticas utilizando materiales absorbentes de ferrita para eliminar las interferencias electromagnéticas en el entorno.
cámaras anecoicas
Los tipos de cámaras anecoicas conocidos actualmente se pueden dividir en salas de pruebas de patrones de antenas, salas de pruebas de sección transversal de radar, salas de pruebas de compatibilidad electromagnética (EMC) y salas de pruebas de guerra electrónica (contramedidas) según sus usos. Las más comunes son las cámaras anecoicas completas y las cámaras semianecoicas. El tamaño y la selección de los materiales absorbentes de RF vienen determinados principalmente por el tamaño de la cámara y los requisitos de prueba del equipo sometido a prueba (EUT).
Principio de la prueba
La cámara anecoica está llena de materiales absorbentes en forma de cono y hay un cuerpo absorbente compuesto de esponja en forma de pirámide impregnado con polvo absorbente. Su tamaño está relacionado con la frecuencia de absorción y su función es también absorber las ondas electromagnéticas innecesarias y eliminar las señales reflejadas. Puede alcanzar una tasa de absorción de ondas electromagnéticas de 30 MHz-40 GHz de banda de frecuencia y 10-20 dB. El absorbedor de ondas electromagnéticas utilizado en la cámara anecoica de blindaje electromagnético se adapta al tamaño de la cámara anecoica y su grosor se reduce continuamente para aprovechar eficazmente el espacio.
2. Seleccionar el equipo de prueba EMC.
En el proceso de prueba EMC, el equipo de prueba de apoyo será diferente según las diferentes industrias de los equipos que se vayan a probar. Los detalles son los siguientes:
Equipo de prueba EMI: receptores EMI, accesorios EMI, accesorios de prueba EMI conducida, antenas de prueba EMI radiada, analizadores de parpadeo armónico, sondas de campo cercano, etc. Equipo de
prueba EMS: generador de señales EMS, equipo auxiliar EMS, etc.
3. Procedimiento de prueba
Se pueden utilizar muchas métricas diferentes para medir la compatibilidad electromagnética (EMC) en un dispositivo o equipo individual. Sin embargo, hay algunas métricas que son más comunes para las mediciones de EMC en dispositivos electrónicos.
Métricas de pruebas EMI:
- Corriente armónica (2.ª a 40.ª armónica);
- Parpadeo intermitente;
- Perturbación conducida (CE);
- Perturbaciones por radiación (RE);
Métricas de pruebas EMS:
- Inmunidad a descargas electrostáticas (ESD);
- Inmunidad al campo electromagnético radiado (80 MHz～1000 MHz) (RS);
- Inmunidad a transitorios eléctricos rápidos/ráfagas;
- Inmunidad a sobretensiones (rayos);
- Inmunidad a la inyección de corriente (150 kHz～230 MHz) (CS);
- Inmunidad a caídas de tensión e interrupciones breves.
3.1 Prueba armónica
Las pruebas de armónicos examinan principalmente la influencia de los armónicos en las redes de suministro eléctrico de baja tensión sobre estos equipos sensibles a la frecuencia.
Norma de ensayo: EN61000-3-2
- a) Especificar los límites para las corrientes armónicas emitidas a la red pública.
- b) Especificar los límites para el contenido armónico de la corriente de entrada generada por el equipo sometido a ensayo en el entorno especificado.
- c) Aplicable a equipos eléctricos y electrónicos conectados a la red pública de baja tensión con una corriente de entrada inferior o igual a 16 A.
Principio del experimento armónico: Debido al modo de funcionamiento de los equipos electrónicos, los componentes no lineales y los diversos ruidos de interferencia, la corriente de entrada no es una onda sinusoidal completa y, a menudo, contiene componentes armónicos de alto orden, lo que provoca contaminación en la red eléctrica. Este fenómeno se denomina distorsión armónica.
3.2 Fluctuación de tensión y parpadeo
El objetivo de esta norma es garantizar que el producto no provoque efectos de parpadeo indebidos (luces parpadeantes) en los equipos de iluminación a los que está conectado.
Norma de ensayo: EN 61000-3-3
- a) Límites de los efectos de las fluctuaciones constantes de tensión y el parpadeo en la red pública.
- b) Orientación para especificar los límites y métodos de evaluación de las variaciones de tensión producidas por el prototipo sometido a ensayo en condiciones específicas.
- c) Es adecuada para equipos eléctricos y electrónicos de 220 V a 250 V, 50 Hz, conectados a la red pública de baja tensión con una corriente de entrada inferior o igual a 16 A por fase.
La imagen siguiente muestra la tasa de cambio o el tiempo de cambio por minuto admisibles para cada valor de cambio de tensión relativo. Se puede entender que cuanto mayor sea el rango de cambio de tensión, menor será la velocidad de cambio admisible o mayor será el tiempo de cambio necesario.
Límites:
- El valor Pst no debe ser superior a 1,0;
- El valor Pit no debe ser superior a 0,65;
- el valor de d(t) durante un cambio de tensión no debe superar el 3,3 % durante más de 500 ms;
- el cambio de tensión relativo en estado estable, cc, no debe superar el 3,3 %;
- el cambio de tensión relativo máximo, dmax, no debe superar el 4 %.
3.3 Emisiones conducidas CE (0,15-30 MHz)
Norma de ensayo: EN61000-6-4
A) Equipos electrónicos y eléctricos de medición y ensayo;
B) Equipos de control electrónicos y eléctricos;
C) Equipos eléctricos y electrónicos de laboratorio;
Clasificación de los equipos
Clase A: equipos (no domésticos) aptos para su uso en todos los establecimientos que no sean domésticos y en aquellos conectados directamente a una red de suministro eléctrico de baja tensión que abastece a edificios utilizados con fines domésticos.
Clase B: equipos (domésticos) aptos para su uso en establecimientos domésticos y en establecimientos conectados directamente a una red de suministro eléctrico de baja tensión que abastece a edificios utilizados con fines domésticos.
Principio del experimento:
Cuando la frecuencia del ruido de interferencia de los equipos electrónicos es inferior a 30 MHz, interfiere principalmente en la banda de frecuencia de audio. Para la longitud de onda de este tipo de onda electromagnética, el cable de los equipos electrónicos es inferior a la longitud de onda de una onda (la longitud de onda de 30 MHz es de 10 m), y la eficiencia de radiación en el aire es muy baja. De este modo, si se puede medir el voltaje de ruido inducido en el cable, se puede medir el grado de interferencia de ruido electromagnético en esta banda de frecuencia, y este tipo de ruido es ruido conducido.
Una red de estabilización de impedancia de línea (LISN) es un dispositivo que se utiliza para medir la interferencia electromagnética (EMI) emitida por los dispositivos electrónicos. Se suele utilizar junto con un osciloscopio o un analizador de espectro.
El efecto de LISN:
1. Desempeña una función de aislamiento de alta frecuencia entre el EUT y la fuente de alimentación para evitar que el ruido de la fuente de alimentación entre en el EUT y afecte a los resultados de la medición.
2. Simule la impedancia real de la fuente de alimentación y proporcione una impedancia específica entre los terminales de alimentación del EUT para unificar los resultados de la medición.
3. Mantiene la impedancia en la banda de prueba estable a 50 ohmios para lograr la entrada con la adaptación de impedancia del receptor de medición/analizador de espectro.
3.4 Emisión radiada RE (30-1000 MHz)
Norma: EN61000-6-4
Clasificación de los equipos
Clase A: equipos aptos para su uso en todos los establecimientos que no sean domésticos y en aquellos conectados directamente a una red de suministro eléctrico de baja tensión que abastece a edificios utilizados con fines domésticos. No domésticos
Clase B: equipos aptos para su uso en establecimientos domésticos y en establecimientos conectados directamente a una red de suministro eléctrico de baja tensión que abastece a edificios utilizados con fines domésticos.
a) Equipos eléctricos y electrónicos de medición y ensayo
b) Equipos de control electrónicos y eléctricos
c) Equipos eléctricos y electrónicos de laboratorio
Principio del experimento de emisión radiada:
Cuando la longitud total de la antena es superior a 1/20 de la longitud de onda de la señal λ, se genera una emisión de radiación efectiva en el espacio. Cuando la longitud de la antena es un múltiplo entero de λ/2, la energía radiada es la mayor. Cuando la frecuencia del ruido es superior a 30 MHz, los cables, aberturas y huecos de los equipos electrónicos pueden cumplir fácilmente las condiciones anteriores, lo que da lugar a emisiones de radiación.
3.5 Descargas electrostáticas (ESD)
El objetivo de la descarga electrostática es comprobar la capacidad de un dispositivo o sistema individual para resistir las interferencias causadas por descargas electrostáticas.
Norma: IEC 61000-4-2 Criterios B
Principio del experimento: El experimento ESD consiste en simular la descarga electrostática generada por el cuerpo humano y los objetos cuando entran en contacto con el equipo, o la descarga del cuerpo humano y el objeto a los objetos adyacentes, incluido el intercambio directo de energía, causando daños al dispositivo o al campo cercano (campo eléctrico y campo magnético) provocados por la descarga. cambio), lo que da lugar a un mal funcionamiento del dispositivo.
3.6 susceptibilidad radiada (RS)
El objetivo de la susceptibilidad radiada es comprobar la capacidad de un dispositivo o sistema individual para resistir las perturbaciones de campos eléctricos externos.
Norma: IEC 61000-4-3 Criterios A
Forma de onda de prueba:
- Rango de frecuencia: 80 MHz-2,5 GHz
- Modulación: 80 % AM, onda sinusoidal de 1 kHz
- Tamaño del paso de frecuencia: 1 %
- Tiempo de permanencia: 3 s
3.7 EFT de ráfaga rápida
El objetivo del experimento es investigar la capacidad de un único dispositivo o sistema para resistir perturbaciones transitorias rápidas. Estas perturbaciones transitorias son causadas por acciones transitorias, como la interrupción de cargas inductivas, lo que da lugar a la aparición de grupos de impulsos, alta frecuencia de repetición de impulsos, tiempo de subida corto y energía de impulso único. Un nivel bajo provocará un mal funcionamiento del dispositivo.
Norma: IEC 61000-4-4 Criterios B
3.8 Levántate
El objetivo del experimento es examinar la capacidad del EUT para resistir las interferencias por sobretensión. Estas perturbaciones transitorias son causadas por fallos de cortocircuito de otros equipos, conmutación del sistema de alimentación principal e impactos indirectos de rayos.
Norma: IEC 61000-4-5 Criterios B
3.9 Interferencia de radiofrecuencia conducida (CS)
El objetivo del experimento es examinar la capacidad de un único dispositivo o sistema para resistir las perturbaciones conducidas.
Norma: IEC 61000-4-6 Criterios A
Principio experimental: Investiga principalmente la inmunidad a la tensión de interferencia continua de 0,15 MHz-80 MHz introducida desde el exterior a través de cables, como las señales de un modulador RF HDMI.
Forma de onda de prueba:
- Rango de frecuencia: 0,15 MHz-80 MHz
- Modulación: 80 % AM, onda sinusoidal de 1 kHz
- Tamaño del paso de frecuencia: 1 %
- Tiempo de permanencia: 3 s
3.10 Caídas de tensión
El objetivo del experimento es investigar la capacidad del EUT para resistir caídas y bajadas de tensión.
Norma: IEC 61000-4-11 Criterios B y C
¿Cómo mejorar la compatibilidad electromagnética?
1. Diseño de blindaje EMC
La eficacia del diseño de su blindaje EMC depende del tipo de material que elija y de cómo se implemente. Puede mejorar aún más su rendimiento combinando diferentes tipos de materiales o eligiendo una orientación determinada para cada capa específica de su blindaje.
1.1 Diseño de los orificios y aberturas de ventilación
1.2 Diseño estructural del blindaje de juntas solapadas
1.3 El cable pasa a través del cuerpo de blindaje.
Si los conductores salen del blindaje, la eficacia del blindaje se verá significativamente reducida. Esta penetración suele producirse cuando el cable sale del blindaje.
1.4 Principios de diseño para cables que salen del cuerpo de blindaje
1.4.1 Cuando se utilizan cables blindados, al salir estos del cuerpo blindado, se adopta una estructura de cable con clip para garantizar una conexión a tierra fiable entre la capa blindada del cable y el cuerpo blindado, y proporcionar una impedancia de contacto suficientemente baja.
1.4.2 Cuando se utilicen cables blindados, utilice conectores blindados para transferir las señales fuera del cuerpo de blindaje y asegúrese de que las capas de blindaje de los cables estén conectadas a tierra de forma fiable a través de los conectores.
1.4.3 Cuando se utilice un cable sin blindaje, utilice un conector con filtro para la transferencia. Debido a la característica de alta frecuencia del filtro, se garantiza que haya una impedancia de alta frecuencia suficientemente baja entre el cable y el blindaje.
1.4.4 Cuando se utilicen cables sin blindaje, estos deben ser lo suficientemente cortos dentro (o fuera) del blindaje para evitar que las señales de interferencia se acoplen de forma eficaz, reduciendo así el impacto de la penetración del cable.
1.4.5 La línea eléctrica sale del blindaje a través del filtro de alimentación. Debido a la característica de alta frecuencia del filtro, se garantiza que haya una impedancia de alta frecuencia suficientemente baja entre la línea eléctrica y el blindaje.
1.4.6 Uso de una salida de fibra óptica. Dado que la fibra óptica en sí misma no tiene cuerpo metálico, no hay ningún problema de penetración del cable.
1.5 Mala conexión a tierra
1.6 Materiales de blindaje y aplicaciones
Los materiales que utilizamos para el blindaje incluyen tela conductora, junco, caucho conductor y recubrimientos especializados para PCB.
1.7 Placa de ventilación con guía de ondas de corte
2. Diseño de conexión a tierra EMC
2.1 El concepto y el propósito de la conexión a tierra
2.1.1 Una es por motivos de seguridad, denominada conexión a tierra protectora. La carcasa metálica de los equipos electrónicos debe estar conectada a tierra, a fin de evitar que se produzca un voltaje excesivo en la carcasa metálica debido a accidentes, lo que podría poner en peligro la seguridad de los operadores y los equipos.
2.1.2 La segunda es proporcionar una ruta de baja impedancia para que la corriente vuelva a su fuente, es decir, la tierra de trabajo.
2.1.3 La conexión a tierra de protección contra rayos proporciona una descarga de corriente para los rayos.
2.2 La conexión a tierra proporciona el retorno de la señal.
2.3 Puesta a tierra en un solo punto
Adecuado para sistemas con una frecuencia de funcionamiento inferior a 1 MHz.
2.4 Puesta a tierra multipunto y puesta a tierra mixta
3. Diseño del filtro EMC Wave
3.1 Definición del filtro de onda
Un filtro de onda es un dispositivo que altera el contenido de frecuencia de una señal atenuando selectivamente ciertas frecuencias y dejando pasar otras.
3.2 Tipo de filtros de onda
Los tipos de filtros más comunes son: filtro de paso bajo, filtro de paso alto, filtro de paso de banda y filtro de rechazo de banda. Como se muestra en la siguiente figura:
Si un filtro deja pasar las frecuencias bajas y bloquea las altas, se denomina filtro de paso bajo. Si bloquea las frecuencias bajas y deja pasar las altas, es un filtro de paso alto. También hay filtros de paso de banda, que solo dejan pasar un rango de frecuencias relativamente estrecho. Y filtros de rechazo de banda, que solo bloquean un rango de frecuencias relativamente estrecho.
3.3 Componentes del filtro de onda
3.3.1 Condensador (condensador general, condensador de tres terminales);
3.3.2 Inductancia (inductancia general, inductancia de modo común, perlas magnéticas);
3.3.3 Resistencia;
3.4 Diseño de filtros de modo diferencial y filtros de modo común
4. Diseño de PCB EMC
4.1 Diseño de PCB
4.1.1 Disposición: los circuitos similares se disponen en una sola pieza, siguiendo el principio de controlar la ruta mínima; los circuitos de alta velocidad no deben estar cerca del panel pequeño, y el módulo de alimentación debe estar cerca de la posición del disco único.
4.1.2 Capas: la capa de cableado de alta velocidad debe estar cerca de una capa de tierra, la fuente de alimentación debe estar adyacente a la tierra, se debe colocar una capa de tierra debajo de la superficie del componente, se pueden colocar dos capas superficiales cerca de la capa de tierra y la capa interna debe estar sangrada 20H en comparación con la capa superficial.
4.1.3 Cableado: trazas cortas, ancho de traza óptimo y amplio espaciado entre los diferentes tipos de trazas (excepto para las señales y sus líneas de retorno, las líneas diferenciales y las líneas de tierra blindadas), menos vías, sin bucles, área de bucle pequeña, cabezal inalámbrico.
4.1.4 Puesta a tierra: los circuitos similares se distribuyen por separado y se conectan en un único punto de la placa.
4.1.5 Filtrado: módulo de alimentación, diseño de circuitos funcionales, circuito de filtro de ondas a nivel de placa.
4.1.6 Diseño del circuito de interfaz: diseño del circuito de interfaz con circuito de filtro para lograr un aislamiento eficaz entre el interior y el exterior.
4.2 Los principios básicos del diseño
4.2.1 Según el diagrama de bloques funcionales del principio, basado en el flujo de señales, se divide en módulos funcionales.
4.2.2 Disposición separada de circuitos digitales y circuitos analógicos, circuitos de alta velocidad y circuitos de baja velocidad, fuentes de interferencia y circuitos sensibles.
4.2.3 Evite colocar dispositivos sensibles o dispositivos de fuerte radiación en la superficie de soldadura de la placa única.
4.2.4 El área de bucle de las señales sensibles y las señales de radiación intensa es la más pequeña.
4.2.5 Los dispositivos de radiación intensa o los dispositivos sensibles, como cristales, osciladores de cristal, relés, fuentes de alimentación conmutadas, etc., deben colocarse lejos de las barras de manejo de la placa única, los conectores de interfaz externos y los dispositivos sensibles. La distancia recomendada es ≥1000 mil.
4.2.6 Dispositivos sensibles: manténgalos alejados de dispositivos de radiación intensa; la distancia recomendada es ≥1000 mil.
4.2.7 Dispositivos de aislamiento, dispositivos A/D: la entrada y la salida están separadas entre sí y no hay ninguna ruta de acoplamiento (como planos de referencia adyacentes), preferiblemente a través de la partición correspondiente.
4.3 Disposición especial del dispositivo
4.3.1 Parte de alimentación (situada en la entrada de alimentación).
4.3.2 Parte del reloj (alejada de la abertura, cerca de la carga, capa interna del cableado).
4.3.3 Bobina inductiva (alejada de la fuente de EMI).
4.3.4 Parte del controlador del bus (capa interna del cableado, alejada de la abertura, cerca del disipador).
4.3.5 Componentes del filtro (entrada y salida separadas, cerca de la fuente, cables cortos).
4.4 Disposición de los condensadores de filtro
4.4.1 Todos los circuitos de interfaz de alimentación de las ramas.
4.4.2 Componentes cercanos con alto consumo de energía.
4.4.3 Áreas con grandes cambios de corriente, como terminales de entrada y salida de módulos de alimentación, ventiladores, relés, etc.
4.4.4 Circuito de interfaz de alimentación de la placa de circuito impreso.
4.5 Disposición de los condensadores de desacoplamiento
4.5.1 Cerca de los pines de alimentación.
4.5.2 Ubicación y cantidad adecuadas.
4.6 Principios básicos del diseño del circuito de interfaz
Los dispositivos de filtrado, protección y aislamiento de las señales de interfaz se colocan cerca del conector de interfaz y se protegen primero y luego se filtran.
Los dispositivos de aislamiento, como los transformadores de interfaz y los optoacopladores, están completamente aislados del primario y el secundario.
No hay cruce de la red de señales entre el transformador y el conector.
El área de la capa inferior correspondiente al transformador debe colocarse lo más lejos posible sin otros dispositivos.
El chip de interfaz (puerto de red, puerto E1/T1, puerto serie, etc.) debe colocarse lo más cerca posible del transformador o del conector.
4.7 Cableado
Trazas cortas, amplio espaciado entre los diferentes tipos de trazas (excepto para señales y sus líneas de retorno, líneas diferenciales y líneas de tierra blindadas), menos vías, sin bucles, área de bucle pequeña, cabezal inalámbrico.
En el caso de las trazas con requisitos de retardo, sus longitudes cumplen los requisitos.
No hay ángulos rectos y se prefiere el biselado en arco para las líneas de señal clave.
Las trazas de señal de las capas adyacentes son perpendiculares entre sí o el cableado paralelo de las señales clave de las capas adyacentes es inferior o igual a 1000 MIL.
