سازگاری الکترومغناطیسی چیست؟

سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) توانایی تجهیزات و سیستم های الکتریکی برای عملکرد قابل قبول در محیط الکترومغناطیسی خود ، با محدود کردن تولید غیر عمدی ، انتشار و دریافت انرژی الکترومغناطیسی است که ممکن است باعث ایجاد اثرات ناخواسته مانند تداخل الکترومغناطیسی (EMI) یا حتی آسیب فیزیکی در تجهیزات عملیاتی شود.

محیط ضدبازتاب RF برای تست‌های EMC (تابش‌ها و ایمنی). لوازم موحود، باید از جنس چوب یا پلاستیک باشد، نه از جنس فلز

به استناد از سازمان ملی استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، به توانایی يك خودرو ، قطعه ( قطعات) با مجموعه هاي فنی مجزا جهت كاركرد مطلوب در محیط الكترومغناطيسي و بدون ایجاد اختلالات الكترومغناطيسي در عملکرد سایر دستگاه هاي موجود در آن محیط گفته مي شود.

به عبارت دیگر، EMC به معنای کنترل EMI یا تداخل های الکترومغناطیسی به منظور جلوگیری از اثرات ناخواسته است. ملاحظات EMC از مرحله طراحی تجهیزات تا آخرین مرحله که تحقق و پیاده سازی آن می باشد، باید در نظر گرفته شود.

هدف اصلی علم سازگاری الکترومغناطیسی چیست؟

هدف EMC عملکرد صحیح تجهیزات مختلف در محیط الکترومغناطیسی مشترک است. همچنین شاخه ای از مهندسی برق، بدین نام می باشد.

EMC سه مسئله کلی را دنبال می کند. اولین مسئله تابش است. تابش، به معنای تولید انرژی الکترومغناطیسی است که خواسته و یا ناخواسته، توسط منبعی تولید شده و در فضا پخش میشود. EMC تابش های ناخواسته و راهکارهای مقابله با آنها را مورد مطالعه قرار می دهد تا اینکه تابش های ناخواسته را تضعیف نماید.

دومین مسئله، حساسیت است که به معنای گرایش تجهیزات الکتریکی به نقص فنی پیدا کردن و خراب شدن در حضور تشعشعات ناخواسته است که با عنوان تداخل فرکانس رادیویی (RFI) شناخته می شود.

ایمنی الکترومغناطیسی که دقیقا متضاد حساسیت است که به معنای توانایی تجهیزات الکتریکی در عملکرد صحیح در حضور تداخلات فرکانس رادیویی است. با این وجود، استحکام دستگاه الکتریکی، هم به صورت حساسیت و هم به معنای ایمنی تفسیر می شود.

سومین مسئله ای که در EMC مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد. ، تزویج می باشد که مکانیزم رسیدن امواج تداخلی به دستگاه قربانی است. کاهش تداخل ها و در نتیجه سازگاری الکترومغناطیسی با پرداختن به یک سری مسائل، تحقق یافته و عملکرد سیستم ها بهبود می یابد.

مسائلی از جمله، خارج کردن منابع تداخل، بازداری مسیرهای تزویج و بهبود استحکام الکترومغناطیسی (ایمنی الکترومغناطیسی) تجهیزاتی که احتمال بالایی برای قربانی شدن دارد. در عمل، خیلی از تکنیک های مهندسی استفاده شده مانند زمین ارت و شیلدینگ، به این سه مسئله کلی بیان شده، مربوط می شوند.

آشنایی با مکانیزم تزویج دستگاه ها

منبع نویز، می تواند ناشی از یک فعالیت انسانی و دست ساز انسان باشد و یا ناشی از یک پدیده طبیعی مانند رعد و برق و تخلیه الکترواستاتیکی باشد. چهار مکانیزم اصلی تزویج، عبارتند از: رسانایی، خازنی، القايی و تابشی. هر مسیر تزویج می تواند مجموعه ای از یک یا چند مکانیزم ذکر شده باشد.

تزویج رسانایی، با اتصال الکتریکی دو دستگاه الکتریکی به وسیله سیم رخ می دهد. تزویج القايی، ناشی از تغییرات میدان مغناطیسی و تزویج خازنی نیز ناشی از تغییرات میدان الکتریکی است که هر دو، در فواصل نسبتا نزدیک دو دستگاه الکتریکی (فاصله ی کم تر از طول موج) قابل ملاحظه می شوند. البته مکانیزم تابشی در فواصل نزدیک و دور، می تواند خود را نشان دهد.

کنترل EMC

اثر Damping اختلالات الکترومغناطیسی در بخش‌های مختلف تکنولوژی، ریسک غیرقبولی را به همراه دارند و کنترل این تداخل‌ها و کاهش ریسک آن، نکته‌ای ضروری و مهم است.

کنترل اختلال الکترومغناطیسی (EMI) و اطمینان به EMC، دارای مراحل مشخصی به شرح زیر است:

• مشخصه‌یابی عامل ایجاد خطر
• اعمال استاندارد برای سطوح تابش و خطرپذیری
• طراحی بر اساس استانداردهای تطبیق‌پذیری (Compliance)
• انجام تست برای استاندارد‌های تطبیق‌پذیری

برای تجهیزات پیچیده یا ابتکاری، شاید نیاز باشد این روند ذکر شده، تغییری حاصل شود و مستندات ضروری دیگری، به آن اضافه شود.

مشخصه‌یابی عامل ایجاد خطر

مشخصه‌یابی مشکل، نیازمند درک موارد زیر است:

• منبع اختلال و سیگنال
• مسیر تزویج اختلال با قربانی
• طبیعت کار قربانی، هم الکتریکی و هم برحسب مشخصات معیوب

ریسک اعمال شده توسط عامل خطر، معمولا دارای طبیعت آماری است؛ بنابراین اغلب کارهایی که در بخش مشخصه‌یابی عامل خطر و اعمال استاندارد صورت می‌گیرد، بر اساس کاهش احتمال اثر EMI به سطح قابل قبول است و نه اطمینان از حذف کامل EMI.

قوانین

استاندارد سازگاری الکترومغناطیسی هرکشور بر استاندارد سازگاری بین‌المللی مقدم شمرده می‌شود.

به عنوان مثال در قوانین اروپا، به سازندگان وسایل الکترونیکی توصیه می‌شود تست‌های EMC را جهت انطباق با آرم CE (استاندارد سلامت) انجام دهند.

طراحی EMC

نویز الکترومغناطیسی به دلیل تغییرات سریع ولتاژ و جریان منبع، تولید می‌شود و به وسیله‌ی مکانیزم‌های تزویج که قبلا، اشاره شد، منتشر می‌شود.

از آنجایی که قطع مسیر تزویج چه در ابتدا و چه در انتها، می‌تواند به طور یکسان، مفید باشد، با این‌حال نکات و ملاحظات حیاتی طراحی EMC به طور یکسان، هم به emitter و هم قربانی احتمالی، اعمال می‌شود. هم‌چنین، مداری که به راحتی با دیگر تجهیزات و مدارات، تزویج انرژی برقرار می‌کند، احتمال برقراری تزویج انرژی با خود و عناصر درون خود مدار را نیز دارد. بنابراین، بهبود طراحی هر مدار، احتمال تزویج را چه در حالت تابندگی و چه در حالت قربانی بودن، کاهش می‌دهد.

زمین‌کردن و شیلدینگ

هدف از زمین‌کردن و شیلدینگ، کاهش تابش‌ها و یا دورکردن اختلالات الکترومغناطیسی (EMI) از قربانی با استفاده از یک مسیر امپدانس‌ پایین است.

تکنیک‌ها شامل:

• زمین‌کردن و ارت‌کردن مانند ارت ستاره‌ای برای تجهیزات صوتی و صفحات زمین برای وسایل RF که باید قوانین ایمنی را بگذرانند.
• کابل‌های شیلد‌ شده که در آن‌ها، سیم اصلی (سیگنال) توسط یک لایه هادی خارجی، احاطه شده که در یک سر یا دوسر، زمین شده است.
• جعبه‌های شیلد شده مانند شیلد اختلال عمل می‌کنند. برای دستیابی به درون آن، اینگونه جعبه‌‌ها، معمولا بخش‌های مختلفی دارند (مانند در و محیط جعبه)؛ شیلد فرکانس‌رادیویی (RF gasket)برای کاهش تداخلات و سیگنال‌های نشت‌کننده به بیرون در محل اتصالات، ممکن است مورداستفاده قرار گیرد.

سایر اقدامات عمومی

• ضدتزویج و فیلترکردن در نقاط حساس مانند ورودی کابل‌ها و کلید‌های پرسرعت، که از چوک RF و المان‌های RC استفاده می‌کند.
• تکنیک‌های خط انتقال برای کابل‌ها و سیم‌کشی، مانند سیگنال تفاصلی متعادل (Balanced differential signal) و مسیر‌های بازگشت و تطبیق امپدانس.
• اجتناب از ساختار‌های آنتنی مانند حلقه‌های جریان دایروی، ساختارهای مکانیکی رزونانسی.
• حذف اتصالات یکسوسازی جعلی (Spurious) که بین ساختار‌های فلزی نزدیک و در اطراف تجهیزات فرستنده می‌تواند شکل بگیرد. ترکیب این‌گونه اتصالات با ساختار‌های آنتنی غیرعمدی، می‌تواند هارمونیک‌هایی از فرکانس فرستنده، تابش کند.

سرکوب تابش‌ها (Emission Suppression)

اقدامات دیگری که در راستای کاهش تابش‌ و نشت امواج الکترومغناطیسی صورت می‌گیرد، عبارتنداز:

• اجتناب از کلیدزنی‌های غیرضروری. کلیدزنی‌های ضروری، باید در کمترین سرعت ممکن، صورت گیرند.
• مدارات نویزی (با کلیدزنی‌های فراوان) باید از لحاظ فیزیکی، از بقیه‌ی مدار، جدا باشند.
• اجتناب از قله‌های بلند می‌تواند با استفاده از روش طیف گسترده صورت پذیرد که بخش‌های مختلف مدار، در فرکانس‌های مختلفی تابش می‌کنند.
• فیلترهای موج هارمونیکی
• طراحی برای کار در توان‌های پایین‌تر، انرژی تابشی را که موجب اختلالات الکترومغناطیسی می‌شود نیز کاهش می‌دهد.

افزایش مقاومت و کاهش استعداد اختلال‌پذیری (Susceptibility Hardening)

سایر اقدامات جهت کاهش استعداد اختلال‌پذیری عبارتنداز:

• فیوز‌ها و مدارات قطع‌کننده
• جاذب‌های حالت گذرا
• طراحی برای کار در سطوح بالای سیگنال و در مقایسه با آن، کاهش سطح نویز نسبی
• تکنیک‌های تصحیح خطا در مدار دیجیتال. این تکنیک‌ها ممکن است در سخت‌افزار، نرم افزار و یا ترکیبی از آن‌ها پیاده شود.
• سیگنال تفاضلی و دیگر تکنیک‌های نویز مود مشترک برای سیم‌کشی سیگنال

تست EMC

انجام تست برای اطمینان از اینکه وسیله یا دستگاهی، الزامات استاندارد را به خوبی پشت سرمی‌گذارد، ضروی است. به طور کلی، این تست‌ها به دو بخش انتشاری (Emission) و استعداد اختلال‌پذیری (Susceptibility) تقسیم می‌شوند. هر یک از این دو بخش به دو زیر شاخه هدایتی (Conducted) و تابشی (Radiated) منقسم میگردد. لذا چهار زمینه مرتبط با آزمونهای EMC عبارت خواهد بود از:

1- انتشار تابشی (Radiated Emission) یا باختصار RE

2- انتشار هدایتی (Conducted Emission) یا باختصار CE

3- ایمنی تابشی (Radiated Susceptibility ) یا باختصار RS

4- ایمنی هدایتی(Conducted Susceptibility ) یا باختصار CS

سازمان OATS به عنوان مرجع بیشتر استانداردها است و معمولا برای تست‌های تابشی سیستم‌های بزرگ، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تست‌های RF مربوط به نمونه‌های فیزیکی، معمولا در محفظه‌های مخصوص تست EMC مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. این محفظه‌ها، شامل محفظه ضدموج (anechoic)، محفظه بازتابش (reverbation) و سلول الکترومغناطیسی عموی گیگاهرتزی (GTEM cell) می‌شود.

گاهی اوقات نیز از نرم‌افزار‌های شبیه‌سازی برای انجام تست‌های سازگاری الکترومغناطیسی استفاده می‌شود.

تست تابشی (Emissions testing)

این تست‌ها معمولا توان میدان تابشی و تابش‌های رسانایی در طول کابل‌ها و سیم‌ها را اندازه می‌گیرند. میدان‌های القایی و خازنی در فواصل نزدیک اثر می‌کنند و تنها در مواردی مهم هستند که دستگاه تحت تست، قرار است در فاصله نزدیکی از دستگاه‌های الکتریکی کار کند. تابش‌های موج الکترومغناطیسی باید در تمام جهت‌ها اطراف دستگاه مورد تست، اندازه‌گیری شود که معمولا با استفاده از آنتن‌های دوقطبی (dipole) و لاگ-پریودیک (Log-periodic) تست می‌شوند.

تست استعداد اختلال‌پذیری (Suseptibility testing)

این تست معمولا بدین‌گونه انجام می‌شود که یک منبع توان بالای RF یا موج الکترومغناطیسی توسط آنتن جهتی، به دستگاه تحت تست، تابیده می‌شود. از سیگنال ژنراتور‌ها نیز برای تولید سیگنال تداخلی ازنوع رسانایی استفاده می‌شود. برای تست‌ تخلیه الکترواستاتیکی نیز از مولد‌های جرقه پیزوالکتریک به نام “ESD pistol” استفاده می‌شود.

فاتحین صنعت شریف افتخار دارد بعنوان پیشگام در حوزه سارگاری الکترومغناطیسی کشور خدمات بی بدیلی را در این حوزه به صنایع مختلف ایران ارائه دهد. این خدمات با انجام انواع آزمونهای استاندارد ملی و بین المللی برروی تجهیزات تولیدی کارفرما شروع شده و بر خلاف سایر آزمایشگاههای تایید نمونه در صورت Fail شدن آزمون خدمات منحصر بفرد عیب یابی EMC و در صورت تمایل کارفرما حتی خدمات رفع عیب و redesign طرح ارائه خواهد گشت.

در کنار این خدمات 72 ساعت دورة آموزشی منحصر بفرد در حوزه سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) و خدمات مشاوره EMC حتی در محل کارفرما تکمیل کننده این خدمات خواهد بود.

همچنین از محصولات دانش بنیان این شرکت ا تجهیزات پیش تطابق سازگاری الکترومغناطیسی (Pre-compliance EMC equipment) میباشد که بکمک آن طراح میتواند لحظه به لحظه از ابتدایی ترین لحظات طراحی وضعیت سازگاری الکترومغناطیس محصول خود را مورد پایش قرار دهد.