Latest News

הצורך לשקול פליטות EMC מוקדם בשלב התכנון

אחת מפעולות התכנון הנדחות לעתים קרובות אל סיום הפרויקט היא לבדוק שהמוצר עונה לדרישות פליטות התאימות האלקטרו-מגנטית – EMC  . תקנות ה-EMC מסייעות להבטיח שפליטות אלקטרו-מגנטיות מולכות (conducted) וקורנות (radiated) לא מכוונות אינן מפריעות להתקנים אלקטרוניים אחרים. בעוד שדחיית בדיקות התאימות ל-EMC עד לסוף הפרויקט היא נוהג מקובל, ניתן למנוע עלויות בלתי צפויות ואיחורים בפרויקט על-ידי שיקול תאימות ה-EMC מוקדם יותר בתהליך התכנון.

איור 1. מחסנית Bluetooth Smart

פליטות אלקטרו-מגנטיות מולכות וקורנות הן האנרגיה האלחוטית (radio-frequency) המשודרת על-ידי מוצר. רמת שידורי ה-RF מוסדרת כך כדי לוודא שהם אינם גורמים נזק בלתי-סביר למוצרי אלקטרוניקה אחרים. בתדרים נמוכים (פחות מכ-30 מגה-הרץ) המוליכים והכבלים של רוב ההתקנים האלקטרוניים הם בלתי-יעילים בתור אנטנות ולכן שידורים קורנים לא מהווים סוגיה. בתדרים נמוכים אלה המוליכים והכבלים יכולים להוליך אנרגיית RF דרך מקורות הספק או עומסים מבוזרים ויכולים לגרום לסוגיות עם מוצרים אלקטרוניים אחרים, בעוד בתדרים גבוהים (מעל כ-30 מגה-הרץ) העכבות של המוליכים והכבלים מנחיתות את האנרגיה המולכת די כדי למנוע שהדבר יהפוך לסוגיה. אולם, בתדרים גבוהים יותר אלה, המוליכים והכבלים יכולים לשמש כאנטנות ולשדר אנרגיית RF בעלי היכולת לגרום להפרעה עם מוצרים אלקטרוניים סמוכים.

רוב מוצרי האלקטרוניקה התעשייתיים ושל צריכה הנמכרים בארה”ב נדרשים לענות לתקני הפליטות המולכות והקורנות כמתואר בתקנות FCC Title 47 Part 15, המכונות לרוב כ-FCC Part 15. תקנים דומים עבור מוצרים הנמכרים באירופה מודרכים על-ידי התקנות האירופיות CISPR 22/EN 55022. שתי הסדרות של תקנות אלה מתארות גבולות עבור שידורים מולכים והקורנים מיושמים במערכת הסופית, כולל ספק הכוח הפנימי או החיצוני. בעוד שני מערכי תקנות אלו מיוצרים ומנוהלים על-ידי ארגונים נפרדים הם נבנו כדי להיות דומים או “הרמוניים”. יתרון אחד של הרמוניית תקנות אלו הוא תכנון מוצר לשם מילוי אחר מערך תקנות המבטיח אופיינית שהוא יספק גם את הדרישות שנקבעו בערכת התקנות האחרת. מפרטי קרינה מולכת מכסים פליטות בתחום תדרים של 150 קילו-הרץ עד 30 מגה-הרץ. מערך אחר של פליטות מכסה את הספקטרום מ-30 מגה-הרץ ומעלה. הנוהלים וכלי הבדיקה שונים במקצת עבור שידורים מולכים לעומת קורנים ורכיבי המסננים המשמשים כדי למלא את סוגיות ה-EMC דומים אך שונים בערכים חשמליים. תחום התדרים של פליטות מולכות נמוך יותר מאשר תחום התדרים של הפליטות הקורנות ולכן רכיבי המסננים המשמשים לטפל בפליטות מולכות יהיו גדולים יותר חשמלית ופיסית מאשר אלה הדרושים לטפל בפליטות קורנות.

EMC עבור ספקי כוח

איור 2. רכיבי מסנן פליטות מולכות

רוב ספקי הכוח המותקנים פנימית מתוכננים ונבדקים כדי לענות לתקנות EMC והבדיקה נעשית עם הספק מעוצב כמוצר בלתי-תלוי. לאחר שספק הכוח מותקן במערכת, המערכת המושלמת צריכה להיבדק כדי להבטיח שהיא עונה לתקנות ה-EMC. הכללת ספקי כוח תואמים בתוך המערכת ממזערת את הפוטנציאל לסוגיות כרוכות ל-EMC במהלך בדיקת המערכת, אך אינה מבטיחה שהמערכת המושלמת תעבור את בדיקות הפליטות. משווקים רבים של ספקי כוח מותקנים פנימית יספקו מעגלים מומלצים כדי לטפל בסוגיות ה-EMC המופיעות במהלך שילוב המערכת. מאחר שהדרישות שונות עם כל יישום, המלצות אלו נשארות להחלטה של המתכנן; בדרך זו כל תכנון מכיל רק את הרכיבים הדרושים עבור היישום הספציפי.

בדומה, רוב גרסאות השקעים בקיר ובשולחן העבודה של ספקי כוח חיצוניים מתוכננים ונבדקים גם כדי לענות לתקנות ה-EMC בתור יחידות עצמאיות. אם לקוח ספק הכוח הוא יצרן המשלב את ספק הכוח עם עומס אזי הוא יידרש לבצע בדיקה כדי לוודא שהמערכת השלמה עונה לתקנות ה-EMC. לאחר שהמעגל מותקן במכלול סגור, הוספת רכיבים חיצוניים כדי לענות לסוגיות ה-EMC תהיה יותר מאתגרת עבור גירסאות שקע הקיר ושולחן העבודה בהשוואה לספקי כוח מותקנים פנימית.

בדיקת EMC מווסתת של ספקי כוח מבוצעת עם עומסים התנגדותיים סטאטיים, אך כמעט כל ספקי הכוח מבוססים על טופולוגיות של וסתי מיתוג. וסת מיתוג יוצר בעצמו פליטות מובלות וקורנות שיש למתן בתכנון הספק. העומס המופעל על ספק הכוח עשוי ליצור פליטות נוספות. אי-הוודאות של פליטות מובלות וקורנות מספק הכוח והעומס המשולבים מטופלת על-ידי הענקת גבול בתוצאות הבדיקה של ספק הכוח העצמאי כדי לקחת בחשבון שינויים כאשר מחברים עומס לספק הכוח.

המקרה של בדיקה מוקדמת

לעתים קרובות בדיקת ה-EMC נדחית עד סוף הפרויקט בשל אילוצי זמן, עלות ועומס בעבודה. חוסר בקיאות בבדיקות ההתאמה תורם גם לתפיסת הקושי של בדיקה כזו. בעוד הציוד הדרוש והשירותים עבור בדיקת התאמת ה-EMC יכולים להיות יחידים במינם, הרבה מעבדות בדיקה זמינות ובעלות צוות מנוסה לשם סיוע בבדיקה.

איור 3. מערך בדיקה של פליטות מולכות

העלויות הכרוכות בבדיקת התאמה הופכות לעתים קרובות לאירוע “שלם לי עכשיו או שלם לי אחר כך”. בשעה שהבדיקה נעשית בסוף עבור אישרור מלא עלות זו יכולה להיות גבוהה, אך עבור בדיקה מוקדמת העלות היא מזערית. זמינות זמן המעבדה עשויה להיות סוגיה מאחר שמעבדות רבות תפוסות שבועות מראש. אולם, קטעי זמן קטנים עבור בדיקה מוקדמת ניתנים למצוא אופיינית מחוץ לשעות העומס. הכמות הקטנה של משאבים המושקעת תוך ביצוע בדיקת EMC מוקדמת בשלב התכנון עשויה למנוע מאמצי תכנון מחדש משמעותיים ויקרים בשלב מאוחר בלו”ז הפרויקט.

סיבה נוספת לדחיית בדיקת ה-EMC של מערכת היא השיקול המוטעה שספק הכוח גורם לסוגיות ה-EMC ולכן מערכת תעבור את הבדיקה אם הספק כבר עבר בדיקות תקינה עצמאיות. במקרים רבים, ספק הכוח מקבל את האשמה עבור סוגיות של EMC בתוך המערכת כאשר במציאות הוא “רק השליח”.

בשעה שסוגיות של EMC מולך וקורן מטופלות רק בסיום הפרויקט, שלב זה של הלו”ז הוא אולי הזמן הגרוע ביותר להכניס משימות ושהיות בלתי צפויות. אסטרטגיה יותר הגיונית ולעתים קרובות זולה יותר היא לבצע בדיקת התאמת EMC מוקדם בשלב התקנת המערכת. בשלב מוקדם יותר בפרויקט, לוחות הזמנים גמישים יותר וצוותי התכנון פתוחים יותר לשינויים בתכנון.

בסיום הפרויקט נעשה מאמץ רב לתכנון המערכת שתענה לשיקולי ביצועים ואם עולה סוגיית EMC ספק הכוח נחשב למטרה הקלה ביותר עבור מאמצי התאמה מבלי להשפיע על פרמטרי ביצועים אחרים של המערכת. למרות שהמערכת מהווה לעתים קרובות המקור של פליטות RF, החיווט במבוא ובמוצא של ספק הכוח עשוי לשמש כאנטנות עבור פליטות קורנות ומוליכים עבור פליטות מולכות. אפשר לעתים קרובות להוסיף רכיבי ביטול הרעש לספק הכוח כדי לטפל בסוגיות ה-EMC אך יש לזהות פעילות זו כממתנת את השפעות הבעיה ולא לפנות למקור הבעיה. פעולות ביטול ה-EMC הכרוכות בספק הכוח דורשות זמן של צוות התכנון ועשויות להשפיע על אישורי הבטיחות הכרוכות בספק הכוח. כל שינוי באישורי הבטיחות ידרוש גם זמן ומשאבים ממשווק ספק הכוח. מעגלי המערכת ייאלצו אולי לעבור שינוי כדי למזער את יצירת אותות RF אם הוספת רכיבי ביטול פליטה מולכת או קורנת אינה מספיקת כדי להקטין בהתאם את בעיות ה-EMC.

לגבי מוצרים המשתמשים בספקי כוח פנימיים, ניתן להוסיף רכיבי ביטול רעש ה-EMC הן על המוליכים המזינים את ספק הכוח או החיווט בין מוצא ספק הכוח ומבוא ההספק אל המערכת. קבלי מעקף וליבות פריט הם רכיבי ביטול המשמשים ליצירת מסננים לטיפול בסוגיות ה-EMC. ליבות פריט מוסיפות עכבה השראתית נוספת בטור עם נתיב הרעש הלא-מכוון וקבלי מעקף מספקים נתיב בעל עכבה נמוכה כדי לקצר אותות רעש לשם מזעור התפשטות האותות.

מערכות המשתמשות בספקי כוח חיצוניים עשויות להיות מוגבלות ביכולת להוסיף רכיבי ביטול EMC במבוא או במוצא של ספק הכוח. בעיות של פליטות קורנות מטופלות אופיינית בליבת פריט הממוקמת על הכבל בין ספק הכוח והמערכת. התדרים הבעייתיים הכרוכים בפליטות מולכות הם די נמוכים כדי שגודל ליבת הפריט הדרושה כדי להתאים למוליך הספק ולמתן סוגיות EMC לא יתקבלו ביישומים רבים. בעיות של פליטה מולכת המתגלות במערכות בעלות ספקי כוח חיצוניים מטופלות ביתר קלות על-ידי דיון עם ספק מקור ההספק כדי לשנות את תכנון ההספקה הקיימת או לבחור ספק כוח חיצוני שונה הכולל רכיבי ביטול פליטות מולכות משופרים.

בדיקת תאימות מראש

איור 4. הצבת בדיקת פליטות קורנות

בדיקה סופית של פליטות מולכות וקורנות צריכה להתבצע במעבדה מאושרת המשתמשת בציוד בדיקה מכויל וסביבה חשמלית מבוקרת. מעבדות בדיקה ישתפו פעולה כדי לבצע בדיקת תאימות מראש מוקדם בשלב התכנון. אם צוות התכנון מבקש לנהל את בדיקת התאימות מראש בעצמו, ניתן לבצע את הבדיקות בחדר בעל כמות מזערית של ציוד בדיקה. הציוד הדרוש עבור בדיקת פליטות מולכות הוא LISN ונתח ספקטרום. ה-LISN היא רשת פאסיבית המשמשת למזעור הרעש המולך מקווי הספק מסחריים ומספקת גם פתח לבדיקת עכבה מבוקרת כדי לנטר את הפליטות המולכות מה-EUT  . נתח הספקטרום המשמש לבדיקת פליטות מולכות עשוי להיות דגם בסיסי בעל יכולת לבצע מדידות מ-150 קילו-הרץ עד 30 מגה-הרץ. ספקים רבים של נתחי ספקטרום כוללים את היכולת לבצע מדידות כמעט-בשיא ולכלול גבולות של תאום פרמטרים בתצוגה כדי לפשט את בדיקת תאימות ה-EMC.

בדיקה מוקדמת של פליטות קורנות ניתנת לביצוע בעזרת נתח ספקטרום ואנטנה תואמת. נתח הספקטרום צריך להיות בעל יכולת לבצע מדידות מ-30 מגה-הרץ עד 900 מגה-הרץ לפחות. היכולת של נתח הספקטרום לבצע מדידות כמעט-בשיא ולהציג גבולות תאימות פרמטרים בתצוגה תקל על מטלות הבדיקה המוקדמת.לאנטנה המשמשת עבור בדיקת פליטות קורנות מוקדמות צריך להיות רוחב סרט דומה לנתח הספקטרום והמאפיינים של שבח לעומת תדר שיש להכיר. עדיף לבצע את בדיקת הפליטות הקרונות בחדר שקט חשמלית עם לפחות שלושה מטרים (10 פיט) בין אנטנת פליטות הקורנות EMC וה-EUT. מדידה ראשונית בחדר עם ה-EUT מכובה תספק מידע על רעש ה-RF הסביבתי הקיים במהלך הבדיקה.

רוב צוותי הניהול מעריכים פרויקטים המושלמים תוך תקציב נתון ולפני לוח הזמנים. למרבה הצער, סוגיות התאמת ה-EMC עשויות להיות מקור מקובל של תקציב מהרגע האחרון והארכת לוחות זמנים עבור פרויקטים. ביצוע בדיקות מקדמות של תאימות EMC במהלך שלב הצבת המערכת של הפרויקט עשוי לסייע לביטול העמסות של הרגע האחרון לתכנון המשפיעים על תקציבים ולוחות זמנים. בדיקת EMC לפני ההתאמה יכולה גם לסייע להבטיח שלא יצוצו סוגיות חדשות במהלך הבדיקה הסופית. לספקי מקורות הספק בעלי שירות מלא, דוגמת CUI, יש הציוד והניסיון לסייע בתכנון ובחירת ספקי כוח, כולל בדיקת EMC התאמה מראש וסופית.

Bruce Rose, Application Engineer, CUI

תגובות סגורות