Simulace magnetického pole síťového kmitočtu v návrhu elektronických výrobků: charakteristiky imunity a požadavky na testování

Abstraktní
V rychle se rozvíjející oblasti vývoje elektronických produktů se elektromagnetická kompatibilita (EMC) stala zásadním problémem. Jedním z klíčových testů pro zajištění odolnosti elektronických zařízení vůči elektromagnetickému rušení (EMI) je vystavení magnetickým polím síťové frekvence, obvykle o frekvenci 50 Hz nebo 60 Hz. Tento článek zkoumá význam... Simulace magnetického pole výkonové frekvence při návrhu a testování elektronických výrobků se zaměřením na charakteristiky imunity a testovací normy, které řídí vývoj produktů. Zvláštní pozornost je věnována LISUN PFM61000-8A Generátor magnetického pole jako nástroj pro simulaci magnetických polí v souladu s mezinárodními normami EMC. Článek obsahuje specifické požadavky na testování, klíčové konstrukční aspekty a osvědčené postupy, podpořené podrobnými tabulkovými daty a případovými studiemi z reálného světa.

1. Úvod
S tím, jak se elektronická zařízení zmenšují a jsou integrovanější, zvyšuje se jejich zranitelnost vůči elektromagnetickému rušení (EMI). Magnetická pole síťové frekvence, obvykle pracující na frekvenci 50 Hz nebo 60 Hz, jsou rozšířeným zdrojem EMI v průmyslovém, komerčním a rezidenčním prostředí. Aby bylo zajištěno, že elektronické výrobky v takovém prostředí spolehlivě fungují, musí výrobci posoudit a ověřit jejich odolnost vůči těmto nízkofrekvenčním magnetickým polím pomocí simulace magnetického pole síťové frekvence.

Tento článek se zabývá požadavky na testování imunity vůči magnetickému poli síťové frekvence, se zaměřením na charakteristiky imunity nezbytné pro návrh produktů a roli pokročilých testovacích zařízení, jako jsou... LISUN PFM61000-8A Generátor magnetického pole při simulaci těchto podmínek.

2. Pozadí a význam magnetických polí síťové frekvence

2.1 Povaha magnetických polí síťové frekvence

Magnetická pole síťové frekvence jsou nízkofrekvenční střídavá magnetická pole generovaná elektrickými proudy protékajícími vodiči, transformátory a energetickými systémy. Ve většině oblastí tato pole oscilují při frekvenci 50 Hz (Evropa, Asie) nebo 60 Hz (Severní Amerika). I když tato pole obvykle nejsou pro člověka nebezpečná, mohou v citlivých elektronických obvodech indukovat nežádoucí proudy a napětí, což může způsobit poruchy, poškození dat a dokonce i trvalé poškození.

Tato magnetická pole se nejčastěji vyskytují v blízkosti:

• Rozvodné vedení
• Elektromotory a transformátory
• Elektrické spotřebiče
• Průmyslové stroje

Aby elektronická zařízení spolehlivě fungovala, musí prokázat odolnost vůči těmto elektromagnetickým rušením.

2.2 Proč je simulace magnetického pole síťové frekvence zásadní

Simulace magnetického pole síťového kmitočtu je nezbytná pro replikaci reálného elektromagnetického prostředí v kontrolovaných podmínkách. Simulací těchto magnetických polí mohou inženýři posoudit náchylnost zařízení k elektromagnetickému rušení a provést nezbytné konstrukční úpravy pro zlepšení imunity. Testování za simulovaných podmínek zajišťuje, že produkty splňují mezinárodní normy EMC, což je zásadní pro schválení na trhu a bezpečnost spotřebitelů.

3. Normy a zkušební metodiky

3.1 Mezinárodní normy EMC

Odolnost elektronických výrobků vůči magnetickým polím síťové frekvence upravuje několik mezinárodních norem. Mezi klíčové normy patří:

Tyto normy definují požadované intenzity magnetického pole, zkušební podmínky a výkonnostní kritéria pro elektronická zařízení vystavená nízkofrekvenčním magnetickým polím.

3.2 Testovací nastavení a testovací podmínky

Norma IEC 61000-4-8 popisuje nastavení pro testování magnetického pole síťové frekvence. Testované zařízení (DUT) je umístěno v magnetickém poli generovaném Helmholtzovou cívkou nebo podobným generátorem magnetického pole. Intenzita magnetického pole, obvykle v rozmezí od 1 A/m do 100 A/m, se upravuje podle zamýšleného prostředí zařízení.

Přehled nastavení testu:

Délka testu a intenzita pole závisí na zamýšleném prostředí produktu (obytné, průmyslové nebo komerční). Zařízení jsou testována ve všech třech ortogonálních směrech (X, Y a Z), aby bylo zajištěno důkladné testování v různých prostorových orientacích.

PFM61000-8A_Generátor magnetického pole

4. Charakteristiky imunity v návrhu elektronických výrobků

4.1 Konstrukční aspekty imunity vůči magnetickému poli

Navrhování elektronických zařízení s imunitou vůči magnetickým polím síťové frekvence zahrnuje několik strategií, včetně:

• Stínění: Použití magnetických stínění (například Mu-metal) k blokování vnějších magnetických polí, která by mohla ovlivnit citlivé vnitřní obvody.
• Uzemnění: Správné uzemnění a uzemnění obvodů pro zajištění bezpečné cesty pro indukované proudy.
• Diferenciální signalizace: Použití diferenciálních párů pro přenos signálu, což pomáhá snížit náchylnost k šumu v souhlasném režimu indukovanému magnetickými poli.
• Výběr součástek: Použití součástek s vysokou imunitou vůči nízkofrekvenčním magnetickým polím, jako jsou kondenzátory a cívky odolné vůči magnetickému poli.

4.2 Kritéria testování výkonnosti

Výkon zkoušeného zařízení (DUT) je hodnocen na základě následujících kritérií během vystavení magnetickému poli síťové frekvence:

Většina produktů se snaží splnit kritérium A, které znamená, že zařízení může za testovaných podmínek magnetického pole fungovat bez jakýchkoli problémů.

5. Zařízení pro simulaci magnetického pole výkonové frekvence

5.1 LISUN PFM61000-8A Generátor magnetického pole

Jedno LISUN PFM61000-8A Generátor magnetického pole je pokročilý testovací systém určený k simulaci magnetických polí síťové frekvence pro účely testování EMC. Splňuje normu IEC 61000-4-8 a je schopen generovat magnetická pole až do 100 A/m, vhodná pro testování různých elektronických zařízení. Zařízení využívá Helmholtzovu cívku nebo solenoidovou cívku k vytvoření homogenního magnetického pole v testované oblasti.

Klíčové vlastnosti PFM61000-8A:

Jedno PFM61000-8A je navržen pro kontinuální i přechodové testování s nastavitelnou intenzitou pole a dobou trvání, aby splňoval různé požadavky na testování produktů.

6. Případová studie: Test imunity vůči magnetickému poli síťové frekvence

6.1 Scénář: Testování zařízení chytré domácnosti

Chytrý termostat je určen pro domácí použití a musí spolehlivě fungovat v prostředích, kde může být vystaven magnetickým polím síťové frekvence, například v blízkosti systémů HVAC nebo elektrických rozvaděčů. Zařízení bylo podrobeno simulaci magnetického pole síťové frekvence pomocí LISUN PFM61000-8A generátor.

Parametry testu:

Výsledky testu:

Chytrý termostat úspěšně prošel testem imunity, vykazoval dočasnou degradaci, ale během stanovené doby trvání testu se sám zotavil.

7. Výzvy a řešení

7.1 Problémy simulace magnetického pole

• Generování rovnoměrného pole: Zajištění rovnoměrného generovaného pole napříč velkými testovanými zařízeními může být obtížné.
• Požadavky na vysoký výkon: Generování vyšších intenzit pole často vyžaduje značný výkon, což představuje logistické výzvy.
• Realistická simulace: Přesná simulace podmínek prostředí s různou orientací pole může být složitá.

7.2 Řešení a osvědčené postupy

• Využijte pokročilé konstrukce cívek, jako jsou Helmholtzovy cívky, pro zlepšení uniformity pole.
• Začleňte automatizované testovací systémy pro snížení manuálních chyb a zvýšení reprodukovatelnosti.
• Pravidelně kalibrujte testovací zařízení, abyste zajistili přesnost a soulad s normami.

8. závěr
Simulace magnetického pole výkonové frekvence je klíčovým prvkem při návrhu a testování elektronických výrobků, který zajišťuje jejich odolnost vůči elektromagnetickému rušení. Použití pokročilých nástrojů, jako je LISUN PFM61000-8A Generátor magnetického pole umožňuje inženýrům vytvářet kontrolovaná prostředí, která replikují reálné podmínky, a umožňují tak důkladné testování a ověření imunity produktů. S rostoucí integrací a složitostí elektronických produktů bude i nadále růst význam testování imunity magnetického pole, což zajistí, že zařízení budou moci spolehlivě fungovat v zamýšleném prostředí.

Reference
• IEC 61000-4-8: Elektromagnetická kompatibilita (EMC) – Část 4-8: Zkušební a měřicí techniky – Zkouška odolnosti vůči magnetickému poli síťového kmitočtu.
• LISUN Skupina. Stránka produktu Generátor magnetického pole: https://www.lisungroup.com/produkty/elektromagnetický-testovací-systém/generátor-magnetického-pole.html
• EN 61000-6-2: Obecné normy – Odolnost pro průmyslová prostředí.
• ANSI C63.4: Americká národní norma pro testování elektromagnetické kompatibility elektronických výrobků.