česky english Vítejte, dnes je úterý 27. říjen 2020

Využití R&S® FPC1500 při vyhledávání rušení ve spínaném napájecím zdroji

DPS 5/2019 | Měření - články
Autor: Rohde & Schwarz

Váš úkol

Pracovníci výzkumu a vývoje se musejí v současnosti vypořádávat s náročnými cíli krátkých dob uvádění výrobků na trh. Prodlužování plánu vývoje a zpožďování zavádění výrobků může být neobyčejně nákladné s ohledem na ztrátu příležitostí a podílu na trhu. Značný počet výrobků neprojde zkouškami elektromagnetické kompatibility už napoprvé. Každý den, který se ztratí laděním, izolováním a odstraňováním elektromagnetického rušení (EMI – ElectroMagnetic Interference), zpožďuje uvedení výrobku na trh.

Řešení společnosti Rohde & Schwarz

Testování elektromagnetického rušení v průběhu cyklu vývoje produktu má značný význam pro zvládání uvedených výzev. Zvyšuje se tím pravděpodobnost úspěšného výsledku zkoušky elektromagnetické kompatibility (EMC – ElectroMagnetic Compatibility), která se zpravidla provádí na konci cyklu vývoje výrobku.

Ukazuje se, že pokud jsou potíže způsobené elektromagnetickým rušením odstraňovány v pozdějších fázích vývoje, jsou náklady mnohem vyšší, než kdyby potíže byly odstraněny hned v prvotních fázích. Preventivní opatření zabudovaná do kontrolních bodů cyklu návrhu mohou pomoct zabránit nákladným zpožděním projektů.

Názorným příkladem jsou spínané napájecí zdroje. Pokud jsou ve výrobcích používány spínané napájecí zdroje, je nezbytné důkladné testování. Velmi rychlé opakované spínání a vypínání velkých výkonů a proudů představuje výrazné nebezpečí vzniku elektromagnetického rušení.

Využití R&S® FPC1500 při vyhledávání rušení ve spínaném napájecím zdroji

Vyzařované emise

Vyzařované emise neodmyslitelně patří k jakémukoli elektrickému obvodu. Při testování vyzařovaných emisí se měří intenzita (síla) elektromagnetického pole nechtěného vyzařování vytvářeného daným výrobkem.

Jednoduchá měřicí sestava

Postup odstraňování elektromagnetického rušení zahrnuje jen několik kroků:

  • Připojení vhodné sondy pro blízká pole R&S® HZ-17 k vf vstupu analyzátoru R&S® FPC1000 nebo R&S® FPC1500.
  • Pohybování sondou nad zkoušenou deskou nebo modulem.
  • Software R&S® ELEKTRA EMI (R&S® ELEMI-E) je snadným způsobem dokumentování zjištěných výsledků.

Sada R&S® HZ-17 obsahuje dvě sondy. Sonda s velkým kruhovým rámem nabízí vynikající zisk a je vhodná pro přehledová měření. Malá sonda je vybavená měřicím hrotem. Má dobrý zisk a je vynikající pro prostorové rozlišení až do úrovně spojů na desce. U obou sond mějte na paměti jejich polarizaci, jak je uvedeno na obrázku. Siločáry musejí být kolmé ke snímací rovině sondy.

Kmitočtový rozsah vztahující se k vyzařovaným emisím je 30 MHz až 1000 MHz a umožňuje měření vf rušení způsobeného přechodovými jevy přepínání < 1 μs.

Vývojoví pracovníci už zřejmě budou znát kritické kmitočty zkoušené desky nebo modulu, které vyplývají z výběru komponent nebo předcházejících měření. Na spektrálním analyzátoru R&S® FPC musí být nastaven odpovídající kmitočet a rozpětí. Pro indikaci „Vyhovuje/Nevyhovuje“ (Pass/Fail) na obrazovce a pro snazší sledování zlepšení po optimalizaci obvodů s ohledem na EMI lze použít limitní křivky.

Využití R&S® FPC1500 při vyhledávání rušení ve spínaném napájecím zdroji 1

Rozpracované sestavy a obvody přímo na laboratorním stole s volně přístupnými deskami plošných spojů mohou vést ke vzniku vazeb a potíží na vyšších kmitočtech, ovšem lze je odstranit umístěním desek do kovových krytů a jejich optimálním uzemněním.

Nápravná opatření pro spínané napájecí zdroje

Pokud zkoušené zařízení překračuje limity vyzařování, je nutné zvážit optimalizaci rozvržení plošných spojů (tj. zkrácení spojů, odstranění vazeb) nebo aktivní testování (tj. volba komponent na základě měření jejich vyzařování).

Rušení šířená po vedeních

Měření elektromagnetického rušení zahrnuje nejen vyzařované emise, ale také rušení šířené po vedeních do napájecí sítě. To vyžaduje, aby od ní byly vf signály odděleny a stabilizovány na zátěži 50 Ω. Toho lze dosáhnout s využitím umělé zátěže vedení (LISN – Line Impedance Stabilization Network).

Laboratoř je nevyhnutelně rušené a neustále se měnící elektrické prostředí. Pro opakovatelnost měření je vyžadována referenční zemnicí rovina. Užitečná je i stíněná komora, která brání příjmu signálů z okolí.

Jednoduchá měřicí sestava

Společnost Rohde & Schwarz dodává jednoduché řešení pro měření rušení šířeného po vedení. K umělé zátěži vedení R&S® HM6050-2 se připojí:

  • Napájecí elektrická síť přes oddělovací transformátor
  • Zkoušené zařízení
  • Spektrální analyzátor R&S® FPC s využitím kabelu BNC
  • Počítač s instalovaným softwarem R&S® ELEKTRA EMI (R&S® ELEMI-E) s využitím přechodového kabelu ze sériové sběrnice na USB pro přepínání sítě a kabelu LAN připojeného do analyzátoru R&S® FPC pro dálkové ovládání.

Jakmile v softwaru R&S® ELEKTRA EMI nastavíte použité přístroje, bude je ovládat s využitím předem definovaných měření jednoduchým postupem „push&play“ (stiskni a měř).

Přehledová měření prováděná špičkovým detektorem a současně i průměrovacím detektorem v pásmu 150 kHz až 30 MHz poskytují složky na základním kmitočtu spínání a jeho vyšších harmonických.

Využití R&S® FPC1500 při vyhledávání rušení ve spínaném napájecím zdroji 2

Měření se na počátku provádí pouze s nastavením pro fázový vodič (L1) nebo nulový vodič (N), a proto je nezbytně nutné určit, zda v ostatních fázích nejsou amplitudy vyšší. V některých případech je nutné testovací postupy několikrát opakovat.

Nápravná opatření pro spínané napájecí zdroje

Pokud zkoušené zařízení překračuje limity vyzařování, je nutné zvážit optimalizaci rozvržení spínaného napájecího zdroje (zkrácení spojů, odstranění vazeb, optimalizace zemnicích spojů). Užitečné také mohou být feritové členy, ty však vyžadují začít kvalitním návrhem plošných spojů. Další, typicky nákladnou možností, je doplňkové stínění.

Partneři

eipc
epci
imaps
papouch
ep
mikrozone
mcu
projectik