Transcript EMC - Rovaniemen ammattikorkeakoulu

EMC-testaukset
tuotekehityksessä
Tauno Tepsa
Rovaniemen Ammattikorkeakoulu
Tekniikka ja Liikenne
e-mail:[email protected]
Puh: 040 536 58 52
http://tl.ramk.fi/~te_tane
1
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!!
2
Mstä saan tietoa ???

Hakusana
ElectroMagnetic_Compatibility
 Tuloksia
 Evreka:
19 988 kpl
 Altavista: 17 513 kpl

Hakusana
Sähkömagneettinen_yhteensopivu
us
 Evreka:
145 kpl
3
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
4
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
5
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
6
Mistä saan tietoa ??

Yliopiston kurssimateriaaleja:
 EMC-periaatteet
ja käytäntö/Raimo
Sepponen/TKK
 52439S EMCsuunnittelu/Luentomateriaali/Oulun
Yliopisto
7
EMC-Suunnittelu


Suurissa yrityksissä EMCsuunnittelu on osa tuotteen
suunnittelua
Pienissä yrityksissä usein
suunnitellaan prototyyppi ensin ja
yritetään korjata EMC-ongelmat
seuraaviin tuotekierroksiin tai
oletetaan että “kyllä kotelointi
hoitaa ongelman”
8
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
9
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
10
OSOITUS TUOTTEEN
EMC-DIREKTIIVIN MUKAISUUDESTA

OSOITUS HARMONISOITUJEN
STANDARDIEN AVULLA
OSOITUS TEKNISEN
RAKENNETIEDOSTON
AVULLA

IDENTIFIOI TUOTTEESEEN SOVELTUVAT STANDARDIT

SUORITA SOVELTUVAT
TESTIT
- Tarvittaessa käytä apuna ulkopuolista testauslaitosta

KOKOA TUOTTEEN TEKNINEN
RAKENNETIEDOSTO

PYYDÄ LAUSUNTO ”COMPETENT
BODY”:LTA

IDENTIFIOI TUOTETTA KOSKEVAT
HARMONISOIDUT STANDARDIT

SUORITA STANDARDIEN MUKAISET
TESTIT
- Tarvittaessa käytä apuna ulkopuolista
testauslaitosta

LAADI VAKUUTUS
DIREKTIIVIEN TÄYTTÄMISESTÄ
11
EMC-Suunnittelu

Motto: KALLISTA ON
SUUNNITTELUN VIRHEIDEN
KORJAAMINEN JÄLKEENPÄIN
LISÄTTÄVILLÄ SUOJAUKSILLA !
12
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!!
13
EMC-MITTAUKSET

Yleiset standardit (Generic …)
 Liittyvät
tietyissä ympäristöissä
käytettäviin tuotteisiin
 määrittelevät, mitkä häiriöt on
huomioitava, vaatimukset sekä
perusstandardin
 Käytetään, jos ei löydy sopivaa
TUOTEPERHEstandardia
14
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.
15
EMC MITTAUKSET

Mitä kaikkea sitten mitataan ?
 Päästötestit
(Emissio ja
johtuminen)
 Sähkömagn.
Häiriösäteily
• tyypillisesti 30 -1000 MHz
 Sähköverkkoon
johtuva häiriö
• 150 kHz - 30 MHz
16
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
17
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
18
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
19
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
20
EMC MITTAUKSET

Mittalaitteena
 Spektrianalysaattori
tai
mittavastaanotin
21
EMC MITTAUKSET

Johtuvat häiriöt mitataan
käyttöjännitteestä LISNin kautta
 LISN
(Local lmpedance
Stabilisation Network)
 laite,
jolla erotetaan mitattava laite
sähköverkosta (ja siellä olevista
häiriöistä)
22
EMC MITTAUKSET

ESD-sietotestit tehdään
simulaattorilla (ESD-”pyssy”)
23
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
24
EMC MITTAUKSET

Transienttipurske muodostetaan
RF-generaattorilla ja johdetaan
keinoverkon (LISN):n avulla
Syöttökaapeliin. Muihin kaapeleihin
purske siirretään kapasitiivisesti.
 Simuloi
esim. Releiden
aiheuttamaa kytkinvärähtelyä
(kipinöintiä).
25
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
26
EMC MITTAUKSET

Käyttöjännite häiriöiden sieto
 Simuloidaan
ohjelmoitavan ACvirtalähteen avulla

50 Hz magneettikentän sieto
 Laitteen
ympäri “Loop”- jossa
verkkojännitteellä vaihteleva
magneettikenttä.
27
EMCTESTAUSSUUNNITTELU


OSA TESTAUSSUUNNITTELUA
Testaukset voidaan jakaa mm…
 Toiminnalliseen
 Asiakkaan
 Toiminnasta
testaukseen
haluamat ominaisuudet
riippumattomat
testaukset
 Viranomaisten

vaatimukset
EMC-TESTAUS ON LAITTEEN
TOIMINNASTA RIIPPUMATON
TESTAUS
28
EMCTESTAUSSUUNNITTELU


Projektin budjettiin kannattaa
varata EMC-testauksiin oma
kulunki
Projektisuunitelmassa täytyy
päättää missä vaiheessa
suoritetaan EMC-testauksia
 Testataanko
epäilyttävät
komponentit erikseen ?
 Hakkurit
 LCD-näytöt
ym.
29
EMCTESTAUSSUUNNITTELU
 Valmistetaanko
proto piirilevy, joka
testataan (ns. Precompliance
testaus)

Kuka testaa ?
 Onko
käytössä oma mittauskalusto
ja testaajat ?
 Ulkopuolinen mittaaja
 tarvitaanko
konsultaatiota ?
• Competent body ?
30
EMCTESTAUSSUUNNITTELU

MUISTA ! TESTAAJA OLETTAA,
ETTÄ LAITTEEN SUUNNITTELIJA
ON ASIANTUNTIJA OMAAN
LAITTEESEENSA, JOTEN
TESTITULOSTEN TULKINTA ON
ASIAKKAAN VASTUULLA
 Kysyttäessä
annetaan neuvoa,
mutta konsultaatiosta voi joutua
maksamaan
31
EMCTESTAUSSUUNNITTELU


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
32
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
33
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.
34
EMC-CASE

Laitteen prototyyppipiirilevy
analysoitiin yrityksen suunnittelijan
toimesta alustavasti
 Spektrianalysaattori


ja mittapää
Joitakin komponentteja vaihdettiin
Suunniteltiin kotelointi ja liitännät
eli saatiin tuotantoversio
35
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
36
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
37
EMC-CASE


Competent Body kirjoitti teknisen
raportin tuotteesta
Yritys laati VALMISTAJAN
VAKUUTUKSEN EMCDIREKTIIVIN MUKAISUUDESTA
 Muitakin
direktiivejä oli mm.
Sähköturvallisuus
38
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
39
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” ?
40
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
41