Solución de problemas de EMC y laboratorio de pruebas de cumplimiento previo

Desarrollo de un Laboratorio de Pruebas de EMC y Pre-Cumplimiento

Aunque invertir en su propio laboratorio interno de pruebas de EMC puede parecer difícil de justificar, la mayoría de las empresas deberían poder permitirse implementar algún nivel de capacidad de pruebas de cumplimiento previo. Los laboratorios de prueba de cumplimiento externo pueden costar más de $ 2,000 por día. La ventaja de poder realizar algunas de las pruebas clave internamente es que usted puede determinar rápidamente si su producto está cerca de pasar. La identificación temprana de "banderas rojas" o áreas problemáticas permite una implementación de arreglos más rentable. Esperar hasta el final de un ciclo de desarrollo de productos para determinar el cumplimiento de EMC siempre es muy arriesgado y costoso en tiempo y dinero.

Como consultor, a menudo me encuentro con clientes que han trabajado durante semanas o meses para vencer un problema de emisiones radiadas, haciendo ciclos repetidamente entre su laboratorio de I + D y el laboratorio de pruebas de cumplimiento de terceros. Esto es muy frustrante para los diseñadores y su gestión. Mediante la realización de algunas pruebas muy rápidas y sencillas, puede identificar fallas, reducir la causa raíz e intentar varias correcciones antes de llevar el producto a prueba de cumplimiento completo.


Desarrollando su propio laboratorio de pruebas EMI

Entonces, ¿qué implica el desarrollo de un laboratorio básico de pruebas de compatibilidad con EMC? No es tan caro como se podría pensar. Por ejemplo, sólo hay cuatro fallas de prueba comunes que se presentan con regularidad: las emisiones radiadas (RE) son siempre la cuestión número uno, seguidas de inmunidad radiada (RI), descarga electrostática (ESD) y emisiones conducidas. Con pocas excepciones y suponiendo una buena línea de alimentación y filtrado de puertos de E / S, muchas de las pruebas de inmunidad relacionadas con puertos de entrada de E / S son de menor riesgo y generalmente pasan bien. Sin embargo, algunas fuentes de alimentación asiáticas de gama baja tienen un filtrado de línea inadecuado o inexistente, por lo que he añadido la prueba CE, que es relativamente fácil de realizar.

En pocas palabras, las emisiones radiadas miden los campos E irradiados que emanan del producto, equipo o sistema bajo prueba. Hay límites mundiales sobre cuánto pueden ser estas emisiones, dependiendo del ambiente el equipo en el que diseñé trabajar.

La inmunidad radiada es una medida de cuánto E-campos externos el producto o el sistema puede tolerar de fuentes externas como la difusión, los teléfonos celulares o los radios de dos vías, la descarga electrostática etc., es una prueba para ver cómo es inmune el producto o sistema al external descargas estáticas, por lo general de los operadores tocando teclados o pantallas táctiles.

Las emisiones conducidas son una medida del ruido de banda ancha y de banda estrecha que emite el cable de línea de las fuentes de alimentación de conmutación.


Solución de problemas de EMI versus pruebas de cumplimiento previo

Hay una diferencia entre la resolución general de problemas y las pruebas de cumplimiento previo. Generalmente, la solución de problemas se realiza con un conjunto de sondas y un analizador de espectro. El objetivo es identificar las fuentes de energía armónica y determinar las correcciones que reducen las amplitudes armónicas. Aquí, estamos buscando principalmente cambios relativos.

Por otro lado, las pruebas de cumplimiento previo intentan duplicar la forma en que se realizan las pruebas de conformidad con la mejor capacidad posible y compararlas con los límites reales de la prueba.

Aquí hay una lista de los equipos básicos necesarios para estas cuatro pruebas:

  • Emisiones radiadas - Si bien un osciloscopio es muy útil para determinar los tiempos de subida y el timbre, un analizador de espectro es realmente el instrumento deseado para la mayoría de los problemas de EMI y la medición. Además, necesitará un conjunto de sondas de campo cercano, una sonda de corriente, una antena EMI calibrada (o no calibrada - vea nota 1) y posiblemente una banda de ganancia de 20 dB
    amplificador para aumentar la señal de las sondas.
  • Inmunidad Rayada - Necesitará un generador de RF que pueda sintonizar la banda de frecuencia requerida y posiblemente un amplificador de RF para aumentar el nivel de la señal.
  • Descarga electrostática - Necesitará un simulador ESD.
  • Emisiones conducidas - Las pruebas de emisiones conducidas se realizan de acuerdo con CISPR 11 o 22 y requieren un LISN (descrito anteriormente) entre la fuente de voltaje de línea de CA (o DC) y el producto bajo prueba. Un analizador de espectro está conectado al puerto de 50 ohmios y el voltaje de ruido de RF conducido se muestra en el analizador. Los diferentes modelos de LISN se hacen para la tensión de alimentación de CA o CC.

Todo el equipo anterior puede ser comprado en el mercado usado. También hay una nueva categoría de equipos "asequibles", así como equipos de calidad de laboratorio, dependiendo de su presupuesto. En general, la mayoría de las pruebas de cumplimiento previo no requieren equipos muy caros, pero también hay que tener en cuenta algunas sutilezas, como el análisis de espectro en tiempo real para señales que sólo pueden aparecer con poca frecuencia o señales, como comunicaciones inalámbricas, que pueden no mostrar claramente en analizadores barridos de bajo costo. Más información sobre esto se describe en nuestra Guía del analizador de espectro en tiempo real 2016 (Referencia 1). Además, puede haber razones importantes para seguir con equipos de calidad superior de laboratorio con su mayor rendimiento.

Describiré las diversas decisiones y compensaciones con más detalle en el artículo, EMI Troubleshooting - Paso a paso. También tengo una lista sugerida de equipos de prueba básicos en mi sitio web (Referencia 2).

Emisiones radiadas Debido a que las emisiones radiadas suelen ser las fallas de prueba más frecuentes, la mayor parte de su inversión debe centrarse en esta prueba. Aun así, hay una amplia gama de opciones de inversión de prueba. Por ejemplo, una instalación básica de prueba de solución de problemas que uso frecuentemente, es simplemente una antena receptora no calibrada situada en un extremo de un banco de trabajo, conectada a un analizador de espectro de sobremesa pequeño. El producto sometido a prueba se coloca en el otro extremo del banco de trabajo (Figura 1). Los cables se conectan al EUT y se utilizan varias técnicas de solución de problemas para ayudar a identificar los problemas de diseño del producto (consulte Solución de problemas de EMI paso a paso para los procedimientos recomendados).

Las pruebas de pre-cumplimiento requieren una antena EMI calibrada situada a 1m o (mejor) a 3m del producto bajo prueba. De esta forma, podrá comparar las emisiones con los límites reales de la prueba. La prueba se puede establecer en cualquier área lo suficientemente grande y lejos de otros equipos que podrían interferir con la prueba. A veces se utiliza un estacionamiento. He utilizado más a menudo una gran sala de conferencias (Figura 2). El único gran problema en las pruebas fuera de una cámara semi-anecóica blindada es que se debe tratar con señales ambientales, es decir, transmisiones de radiodifusión / TV, transmisiones celulares y radio bidireccional. En el próximo artículo se describirán las técnicas para tratarlas.


Inmunidad a los rayos

Las pruebas de inmunidad radiada también se pueden realizar usando simples técnicas de resolución de problemas o en una cámara semianecóica blindada. La mayoría de lo que yo llamo pruebas de "pre-cumplimiento" es realmente usar un generador de RF y sondas de campo cercano, o un pequeño servicio de radio familiar (FRS) sin licencia walkie-talkie. Si el producto sometido a prueba puede superar estas pruebas sencillas, también es probable que pase las pruebas formales a niveles de prueba de 3V / m o 10 V / m (para productos comerciales / industriales). Las pruebas militares de RI requerirán más probablemente niveles mucho más altos de la prueba que caigan fuera del alcance de estas pruebas simples del alto nivel del banco.


Figura 1. Una configuración típica de pruebas de solución de problemas para emisiones radiadas.
Figura 2. Un ejemplo de una prueba de pre-cumplimiento de 3 m establecida en una gran sala de conferencias. Tenga en cuenta la placa giratoria DIY para ayudar a maximizar las emisiones.
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