EMC-testausprosessi ja vaatimukset EMC-vaatimustenmukaisuudelle

Kuten viimeisessä artikkelissa, jossa keskusteltiin sähkömagneettisista häiriöistä (EMI), mainittiin, lähes kaikilla kaupalliseen käyttöön ja lailliseen myyntiin suunnitelluilla elektronisilla tuotteilla on oltava yksi tai useampi sertifikaatti todisteena siitä, että tuote on tiettyjen määräysten / ohjeiden mukainen ja että se on läpäissyt liittyvät testit. Määräyksiä on tonnia, ja ne vaihtelevat paikasta toiseen, joskus pienillä eroilla, mutta jokaisessa paikassa, jossa elektroninen laite myydään, sen on täytettävä kyseisessä paikassa olevan hallintoelimen määrittelemät vaatimukset.

Tämän päivän artikkelissa tarkastelemme yhtä suosituimmista sertifiointitesteistä, joita elektronisten laitteiden on läpäistävä; EMC (sähkömagneettinen yhteensopivuus) sertifiointi. Artikkelissa käsitellään useita EMC-asioita, mukaan lukien; Mikä on EMC, miksi EMC: tä tarvitaan, millaisia tuotteita se tarvitsee ja erilaiset EMC-lait maittain.

Mikä on EMC?

EMC tarkoittaa sähkömagneettista yhteensopivuutta, ja se on prosessi, joka tarjoaa keinon, jolla laitteen kyky toimia sähkömagneettisessa ympäristössä voidaan varmistaa.

Kaikki sähköiset ja elektroniset järjestelmät tai laitteet lähettävät jonkin verran sähkömagneettisia aaltoja, jotka saattavat häiritä muiden laitteiden toimintaa, kun ne on kytketty tai sijoitettu toistensa läheisyyteen. Tämä häiriö voi aiheuttaa laitteiden toimintahäiriön tavalla, joka voi olla haitallista käyttäjille tai tehdä tuotteesta vain käyttökelvottoman. Tämän tapahtumisen estäminen ja vähentäminen johti EMC-vaatimusten kehittämiseen, jotta saataisiin yhteinen perusta, jonka perusteella sähköisten / elektronisten tuotteiden / järjestelmien laatu ja toiminnallinen turvallisuus arvioidaan.

EMC: tä käytetään usein vaihdettavasti EMI: n kanssa, mutta vaikka niiden välillä on paljon yhtäläisyyksiä, on tärkeää huomata, että EMC on melko erilainen kuin EMI. EMI (sähkömagneettinen häiriö) on laitteesta lähtevä säteilyn mitta sen mahdollisten seurausten kanssa, kun taas EMC on toisaalta järjestelmän tai laitteen ominaisuus, joka varmistaa, että se käyttäytyy suunnitellusti EMI-ympäristössä. Häiriöitä.

EMC: n merkitys

Vaikka tarkat tekniset tiedot vaihtelevat maittain ja alueittain, EMC-sertifikaatit ovat edelleen yksi lakisääteisistä vaatimuksista, jotka koskevat elektronisten laitteiden myynnin hyväksymistä useimmissa maissa. Esimerkiksi Euroopan markkinoilla CE-merkintä on kiinnitettävä kaikkiin elektroniikkatuotteisiin, ennen kuin niitä voidaan myydä, ja sitä käytetään vasta, kun valmistaja on noudattanut kaikkia tuotteeseen sovellettavia direktiivejä, mukaan lukien EMC-sertifikaatti. Todiste tästä on vaatimustenmukaisuusvakuutus (DOC), joka toimitetaan yleensä tuotteen käyttöoppaan mukana. Uusien tuotteiden osalta laajamittaiset toimittajat / jakelijat tarkistavat DOC: n yleensä testeillä, koska ne saattavat toimittaa vahvistamattomia laitteita, mikä on petokseksi katsottu teko, joka voi johtaa merkittäviin sakkoihin, tuotteiden vetämiseen markkinoilta ja vankilaan.

Lakisääteisten vaatimusten lisäksi laitteiden EMC-testien suorittamatta jättämisellä voi olla melko vakavia jälkimarkkinointivaikutuksia. EMC-sertifikaatti auttaa lisäämään tuotteen luotettavuutta, koska testit auttaisivat korostamaan mahdolliset tuotteen ongelmat ennen tuotantoa ja antaisivat valmistajalle mahdollisuuden korjata ongelma aiheuttamatta kustannuksia ja hämmennystä, jotka liittyvät tuotteen palauttamiseen markkinoilta tai huoltotakuisiin.

Pitkällä aikavälillä EMC-sertifiointiprosessin läpikäyminen varmistaa, että pystyt myymään tuotteitasi sitä vaativilla markkinoilla, mutta auttaa myös rakentamaan luotettavan tuotteen, joka saa aikaan asiakkaiden luottamuksen ja varmasti lisää myyntiä.

EMC-lait ja sertifiointivaatimukset

Kuten aiemmin mainittiin, sertifiointivaatimukset vaihtelevat maittain ja alueittain. Esimerkiksi Yhdysvalloissa FCC määrittelee EMC-testaussäännöt kuten FCC: n osan 15 säännöt, jotka määrittelevät lisensoimattomien radiotaajuushäiriöiden enimmäismäärän, jonka eri laitteet voivat tuottaa. Yhdysvalloissa laitteille myönnetään FCC-merkki.

Yhdysvaltojen ulkopuolella EMC-sääntelyssä käytetään erilaisia ISO-, IEC- ja CISPR-standardeja. EU: ssa CE-merkki, joka myönnetään vasta tuotteen sertifioinnin jälkeen, vaaditaan tuotemyynnissä. Afrikassa maat, kuten Etelä-Afrikka, vaativat "vaatimustenmukaisuustodistuksen", jonka myöntää Etelä-Afrikan standardointitoimisto (SABS), ja maat, kuten Nigeria, hyödyntävät IEC / CISPR-standardeja.

Säännösten noudattamatta jättämisestä määrättävän rangaistuksen ankaruus vaihtelee maittain, koska noudattaminen on edelleen vapaaehtoista tietyissä kehitysmaissa, mutta kun maat kasvavat ja EMI: n vaikutukset korostuvat, on epäilemättä tiukempaa lainsäädäntöä sen ympärillä.

EMC-testausprosessi

Sähkömagneettisen yhteensopivuuden valvomissa elektronisissa laitteissa on kolme pääryhmää. Luokat sisältävät;

Päästö
Alttius
Immuniteetti

1. Päästötestaus:

Päästö tarkoittaa tarkoituksellista tai vahingossa tapahtuvaa sähkömagneettisen energian tuottamista mistä tahansa lähteestä. Elektronisten laitteiden EMC-testit on suunniteltu tarkistamaan laitteen ei-toivotut päästöt ja mahdolliset vastatoimenpiteet, jotta voidaan vähentää ja estää niitä vaikuttamasta kielteisesti muihin ympäröiviin laitteisiin.

Päästötestaus käsittää laitteen päästöjen johtavan ja säteilemän kentänvoimakkuuden mittaamisen, kun johtavat päästöt on tehty kaapeleiden ja johdotusten kanssa, kun taas säteilevä (induktiivinen ja kapasitiivinen) mitataan laitteen kaikkiin suuntiin.

Säteilypäästöjen seuranta on erittäin tärkeää laitteille, joita käytetään lähellä muita elektronisia laitteita. Se suoritetaan antureilla antureina, kun taas työkaluja, kuten RF-virtapihdit tai linjaimpedanssin vakautusverkot (LISN), käytetään antureina johtuville päästöille. Anturit on kytketty erikoistuneeseen EMI-testivastaanottimeen tai -analysaattoriin, joka sisältää kaistanleveydet ja ilmaisimet eri kansainvälisten EMC-standardien vaatimusten mukaisesti.

2. Herkkyystestaus:

Herkkyys tarkoittaa yhden sähkölaitteen (jota yleensä kutsutaan uhriksi) taipumusta hajoamiseen tai toimintahäiriöön toisen laitteen (EMI) päästöjen läheisyydessä.

Päästötestauksen tavoin alttiustesti tehdään myös säteileville ja johdetuille häiriöille. Säteilyalttiuden testaus sisältää yleensä suuritehoisen sähkömagneettisen säteilyn lähteen ja säteilevän antennin energian ohjaamiseksi DUT: iin (testattava laite). Toisaalta johtuvalle herkkyydelle testaus tehdään yleensä suuritehoisilla signaaligeneraattoreilla yhdessä virtapihdin tai muun tyyppisen muuntajan kanssa häiriöiden johtamiseksi kaapeliin.

Kuten kaikki vaatimustenmukaisuuden testaukset, vakioasiakirjoissa määritetään molemmissa testeissä, minkä testiympäristön tulisi olla, joitain käytettäviä laitteita ja niiden kalibrointi. Useimmissa standardeissa OATS (Open-Area Test Sites) ovat suositeltavia testipaikkoja, mutta viime aikoina testit suoritetaan sisätiloissa käyttämällä erikoistuneita EMC-testikammioita, kuten kaiuttomia ja jälkikaiuntaisia kammioita. Joitakin vaihteluja edellä annetuissa kuvauksissa voidaan havaita laitteiden eroista johtuen.

3. Immuniteetin testaus:

Elektronisen laitteen immuniteetti tarkoittaa elektronisten laitteiden kykyä toimia oikein sähkömagneettisten häiriöiden läsnä ollessa.

Vaikka immuniteetin voidaan määritelmän mukaan sanoa olevan käänteinen alttiudelle, niitä käytetään usein keskenään. Ja määrittämällä niiden tasot, elektronisen laitteen kyky toimia oikein EM-häiriöiden edessä voidaan varmistaa.

Valmistautuminen EMC-vaatimustenmukaisuuden testaukseen

Vaikka EMC-testit näyttävät yksinkertaisilta, niiden suorittaminen vie paljon työtä, rahaa ja aikaa. Tämä ei ole sidoksissa EMC: n aineettomaan luonteeseen, minkä vuoksi valmistajien on mahdotonta määrittää, ovatko tuotteet standardien mukaisia, ellei testiä tehdä, ja testiin tarvittavien laitteiden korkeista kustannuksista, mikä tekee niiden omistamisesta huonon idean, ja ulkoistaminen (myös kalliiksi, useita tuhansia dollareita / testipäivä) akkreditoiduille vaatimustenmukaisuuslaboratorioille on yleensä parempi vaihtoehto.

Vaikka suurin osa yrityksistä voi kuitenkin pystyä voittamaan kustannusesteen, suurin ongelma on, kun testitulokset ovat negatiiviset. Tämä on yleensä melko vaikea hetki yritykselle ja projektipäälliköille, koska muutoksia ei voida tehdä testin aikana, mikä tarkoittaa, että tuote on lähetettävä takaisin suunnittelutiimille uudelleensuunnittelua varten, ja vielä tuhansia dollareita on haettava. testaa uudelleen.

Edellä kuvatun prosessin tehottomuus on yksi tärkeimmistä tekijöistä tutkimus- ja kehitystoiminnan korkeissa kustannuksissa ja viivästyksissä tuotekehityksen aikataulussa. Tämän riskin pienentämiseksi ja laitteiden todennäköisyyden lisäämiseksi testien suorittamisessa ensimmäisellä yrityksellä yritykset käyttävät tiettyjä lähestymistapoja, jotka voitaisiin luokitella laajasti kahteen alaotsikkoon, mukaan lukien;

Design
Vaatimustenmukaisuuden testaus

1. Suunnittelumenetelmät EMC-yhteensopivuuden parantamiseksi

Älykkäin muotoilupeli (tuotteille, joille se on hyväksyttävää) on käyttää ennalta sertifioituja moduuleja tuotekehityksessä, koska se takaa tuotteen sertifiointiin tarvittavan ponnistuksen bruttomäärän. EMC-vaatimusten huomioon ottaminen uuden tuotteen suunnittelussa edellyttää kuitenkin mahdollisuuden arviointia (skenaarioiden perusteella, joissa tuotetta käytetään);

EMI-lähteet (sisäiset tai ulkoiset) ja signaalityyppi.
Uhrin luonne ja mahdollisen toimintahäiriön merkitys.
Yhdistämisreitti uhriin - laitteeseesi (jos kyseessä on ulkoinen) tai muihin sen ympärillä oleviin laitteisiin.

Häiriöiden minimointi suunnittelun aikana vähentää sisäisiä EMI-lähteitä kiinnittämällä huomiota "pieniin" asioihin, kuten käyttämäsi kytkintyyppiin, ja hieman painavampiin asioihin, kuten käyttämiisi yhteys- / tiedonsiirtoliitäntöihin, taajuuteen, jolla se toimii ja mahdolliset häiriöt ulkoisista lähteistä. Tutkimalla ympäristöä, johon laite asennetaan / käytetään, voidaan käyttää uhrien tai potentiaalisten päästöjen aiheuttajia ja niiden mahdollisesti aiheuttamien toimintahäiriöiden merkitystä ja ottaa huomioon suunnittelussa.

Kytkemistä varten järjestelmä, joka helposti kytkee energian "out" -liitäntään, yhdistää yhtä helposti energian "sisään", koska niin monet hyvän EMC-suunnittelukäytännön näkökohdat koskevat sekä päästöjä että uhreja, mikä tarkoittaa, että yksi suunnitteluparannus päästöjen vähentämiseksi myös vähentää alttius. Joitakin suunnittelutekniikoita päästöjen vähentämiseksi, kuten maadoitus, suojaus, on käsitelty edellisessä täällä saatavilla olevassa EMI-artikkelissa.

2. Vaatimustenmukaisuuden testaus

Toinen tapa vähentää kustannuksia ja mahdollisuus epäonnistua testissä on suorittaa EMC-testaus koko suunnitteluprosessin aikana käyttämällä EMC Pre-Compliance -testausasetuksia, jotka on räätälöity vaatimustenmukaisuuden testauksen aikana käytettävien olosuhteiden mukaan. Vaikka se voi maksaa sinulle vain vähän vähemmän kuin mitä voisit maksaa päivästä akkreditoidulla laboratorialla, se lisää mahdollisuuksia, että laite läpäisee testin ensimmäisellä yrityksellä, alentaa testin kokonaiskustannuksia ja vähentää markkinointiaikaa.

Johtopäätös

Vaikka valmistautuminen EMC-tyyppisiin sertifikaatteihin on helppoa suurille organisaatioille, startup-yrityksille ja pienille yrityksille, se on erilainen pallopeli johtuen varojen puutteesta ja tarpeesta testata useita oletuksia alkuvaiheessa. Startupit voivat kuitenkin vähentää mukana olevia riskejä varmistamalla, että suunnittelutiimi ottaa suunnitteluprosessiinsa huomioon EMI / EMC-näkökohdat mahdollisimman aikaisessa suunnitteluprosessin aikana. Joukkueissa, joissa sertifikaattien tuntemus on niukkaa, he voivat päättää työskennellä konsulttien kanssa, joilla on kokemusta tältä linjalta, tukeakseen tiimiä. Tämän tekeminen auttaa paitsi valmistelemaan tuotetta tulevaa sertifiointia varten, myös auttamaan heitä toimittamaan asiakkailleen luotettavan tuotteen.