EMC fogalma, EMC szimuláció, csatolási formák Moduláramkörök és készülékek

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

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

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

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

Moduláramkörök és készülékek Zavarási modell Zavarforrás Csatolás Zavarérzékeny rendszer Zavarvédelmi intézkedések Moduláramkörök és készülékek

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

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

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

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

Egyszerűsített galvanikus csatolási modell 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

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 1. vezető 2. vezető C1f C2f R U2 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

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

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

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 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