EMC-testaukset tuotekehityksessä Tauno Tepsa Rovaniemen Ammattikorkeakoulu Tekniikka ja Liikenne e-mail:tauno.tepsa@ramk.fi Puh: 040 536 58 52 http://tl.ramk.fi/~te_tane

Mistä Saan Tietoa ??? Kokeile Internetin hakupalvelimia ! Esim. hakusana EMC/kaikki kielet Tuloksia Evreka: 193 886 kpl Alta vista: 210 230 kpl Lyhenteellä EMC on kaksoismerkitys Englanninkielessä!!

Mstä saan tietoa ??? Hakusana ElectroMagnetic_Compatibility Tuloksia Evreka: 19 988 kpl Altavista: 17 513 kpl Hakusana Sähkömagneettinen_yhteensopivuus Evreka: 145 kpl

Mistä saan tietoa ?? Linkkikokoelma: kotimaisia linkkejä WWW.fimko.fi WWW.emcec.fi Akkreditoituja mittauslaboratorioita www.megabaud.fi/~jsarapel/emc.htm Juha Sarapellon EMC-sivut. Sisältää linkkisivun

Mistä saan tietoa ?? Kirjallisuutta: EMC for Product designers/Tim Williams Interference-free electronics/Sten Benda A handbook for EMC testing and measurement/ David Morgan Varma digitaalielektroniikka/ Reitmaa & Gustafsson

Mistä saan tietoa ?? EMC-direktiivi: www.tukes.fi EMC-direktiivin soveltamisopas/ Jaakko Annanpalo http://www.tukes.fi/sahkoturvallisuus/ohjeet/emcdopas.doc www.iec.ch mm. Julkaisu ”The role and contribution of IEC standards” www.sesko.fi www.sfs.fi

Mistä saan tietoa ?? Yliopiston kurssimateriaaleja: EMC-periaatteet ja käytäntö/Raimo Sepponen/TKK 52439S EMC-suunnittelu/Luentomateriaali/Oulun Yliopisto

EMC-Suunnittelu Suurissa yrityksissä EMC-suunnittelu on osa tuotteen suunnittelua Pienissä yrityksissä usein suunnitellaan prototyyppi ensin ja yritetään korjata EMC-ongelmat seuraaviin tuotekierroksiin tai oletetaan että “kyllä kotelointi hoitaa ongelman”

EMC-Suunnittelu Jo spesifikaatioita tehtäessä pitäisi olla selvillä suunnitteluun vaikuttavat EMC-asiat Suoritettava EMC-analyysi (esim. EMC-direktiivin soveltamisopas) Laitteen nimitys ja käyttötarkoitus rajaavat jo aika hyvin mahd. standardeja

EMC-Suunnittelu Tehtävä valinta HARMONISOITUJEN STANDARDIEN ja TEKNISEN RAKENNETIEDOSTON välillä Kuinka prototyyppi testataan ? EMI/ESD-suojauksen kustannusten optimointi ? Kannattaako tuotetta suojata “Liian Hyvin” Asiakkaan toivomukset

EMC-Suunnittelu Motto: KALLISTA ON SUUNNITTELUN VIRHEIDEN KORJAAMINEN JÄLKEENPÄIN LISÄTTÄVILLÄ SUOJAUKSILLA !

EMC-MITTAUKSET Jotta EMC-mittauksista olisi hyötyä on niiden perustuttava johonkin standardiin. EMC-mittauksille on omat mittausstandardit eli ns. Basic standardit (EN61000-x-x) Määrittelevät testausmenetelmät, laitteet sekä testausjärjestelyn Ei määrittele vaatimusrajoja!!

EMC-MITTAUKSET Yleiset standardit (Generic …) Liittyvät tietyissä ympäristöissä käytettäviin tuotteisiin määrittelevät, mitkä häiriöt on huomioitava, vaatimukset sekä perusstandardin Käytetään, jos ei löydy sopivaa TUOTEPERHEstandardia

EMC-MITTAUKSET Tuoteperhestandardit määrittelevät... mitä tuotteita standardi koskee Tarkat testausmenetelmät ja rajat esim. EN55022 (tietoliikennelaitteet) Rajat jaetaan vielä luokkiin.. A- teollisuuslaitteet B- koti- toimisto ja pienteollisuusl.

EMC MITTAUKSET Mitä kaikkea sitten mitataan ? Päästötestit (Emissio ja johtuminen) Sähkömagn. Häiriösäteily tyypillisesti 30 -1000 MHz Sähköverkkoon johtuva häiriö 150 kHz - 30 MHz

EMC MITTAUKSET Sietotestit Staattisen sähköpurkauksen sietotesti (ESD) kontaktipurkaus 2 - 15 kV Radiotaajuisen kentän sieto 80 - 1000 MHz 1 V/m, 3 V/m ja 10 V/m Transienttipurskeen sieto (EFT) esim. 0.5 kV - 1 kV jännite 5 kHz:n taajuudella 15 ms:n ajan 300 ms:n välein

EMC MITTAUKSET Syöksyaallon sieto (Surge) Avoimeen piiriin (kytkin auki) annetaan suurienergisiä pulsseja minuutin välein vaiheisiin ja maahan Virtapulsseja suljettuun piiriin Johtuvan radiotaajuisen häiriön sieto kytkentäverkon (LISN) kautta 1 - 10 V 80% AM-mod. Kantoaalto taajuuksilla 150 kHz - 80 MHz

EMC MITTAUKSET Verkkojännitteen vaihtelun sieto Esim. 10 % ali- ja ylijännitettä Lyhytaikainen jännitekatkos “Väärä jännite” (110 V/230V) 50 Hz magneettikentän sieto Matkapuhelin taajuudet 900 Mhz:n kentän sietotesti Standardeja tulee uusia ja suuremmille taajuuksille < 25 GHz

EMC MITTAUKSET Kuinka näitä mitataan ? EMC-päästötestit Säteilevät häiriöt mitataan … Radiokaiuttomassa huoneeessa 3m, 10m tai 30m Investointina kallis ~10 Mmk Vapaassa tilassa Ongelmana ympäristöhäiriöt GTEM-kammiossa Eräänlainen pieni radiokaiuton tila hintaluokka ~50 - 500 kmk

EMC MITTAUKSET Mittalaitteena Spektrianalysaattori tai mittavastaanotin

EMC MITTAUKSET Johtuvat häiriöt mitataan käyttöjännitteestä LISNin kautta LISN (Local lmpedance Stabilisation Network) laite, jolla erotetaan mitattava laite sähköverkosta (ja siellä olevista häiriöistä)

EMC MITTAUKSET ESD-sietotestit tehdään simulaattorilla (ESD-”pyssy”)

EMC MITTAUKSET Radiotaajuisen kentän sietotesti on tehtävä suojatussa tilassa, koska käytettävät kentänvoimakkuudet voivat häiritä tai rikkoa lähistön radiolaitteita. Tutkitaan miten laite käyttäytyy. 1. Toimii normaalisti 2. Häiriintyy säteilytyksen aikana 3. Laite täytyy “rebootata” 4. Laite vioittuu

EMC MITTAUKSET Transienttipurske muodostetaan RF-generaattorilla ja johdetaan keinoverkon (LISN):n avulla Syöttökaapeliin. Muihin kaapeleihin purske siirretään kapasitiivisesti. Simuloi esim. Releiden aiheuttamaa kytkinvärähtelyä (kipinöintiä).

EMC MITTAUKSET Syöksyaalto (Surge) testataan kytkemällä tähän tarkoitukseen suunniteltu generaattori keinoverkon (LISN) avulla vaiheisiin ja maahan. Simuloi salaman iskun aiheuttamaa suurienergistä häiriötä kannattaa tehdä viimeisenä, koska tämä on “rankin” testi laitteelle

EMC MITTAUKSET Käyttöjännite häiriöiden sieto Simuloidaan ohjelmoitavan AC-virtalähteen avulla 50 Hz magneettikentän sieto Laitteen ympäri “Loop”- jossa verkkojännitteellä vaihteleva magneettikenttä.

EMC-TESTAUSSUUNNITTELU OSA TESTAUSSUUNNITTELUA Testaukset voidaan jakaa mm… Toiminnalliseen testaukseen Asiakkaan haluamat ominaisuudet Toiminnasta riippumattomat testaukset Viranomaisten vaatimukset EMC-TESTAUS ON LAITTEEN TOIMINNASTA RIIPPUMATON TESTAUS

EMC-TESTAUSSUUNNITTELU Projektin budjettiin kannattaa varata EMC-testauksiin oma kulunki Projektisuunitelmassa täytyy päättää missä vaiheessa suoritetaan EMC-testauksia Testataanko epäilyttävät komponentit erikseen ? Hakkurit LCD-näytöt ym.

EMC-TESTAUSSUUNNITTELU Valmistetaanko proto piirilevy, joka testataan (ns. Precompliance testaus) Kuka testaa ? Onko käytössä oma mittauskalusto ja testaajat ? Ulkopuolinen mittaaja tarvitaanko konsultaatiota ? Competent body ?

EMC-TESTAUSSUUNNITTELU MUISTA ! TESTAAJA OLETTAA, ETTÄ LAITTEEN SUUNNITTELIJA ON ASIANTUNTIJA OMAAN LAITTEESEENSA, JOTEN TESTITULOSTEN TULKINTA ON ASIAKKAAN VASTUULLA Kysyttäessä annetaan neuvoa, mutta konsultaatiosta voi joutua maksamaan

EMC-TESTAUSSUUNNITTELU Laitteen täydellinen testaus (Fullcompliance) on kallis, joten tuote oltava valmis. JOKAINEN MUUTOS PERIAATTEESSA VOI MUUTTAA LAITTEEN EMC-OMINAISUUKSIA Myös tuotannossa oleva laite voi vaatia testaamista

EMC-CASE Tässä kuvitteellinen esimerkkitapaus, kuinka pienehkö firma hoitaa tuotteen markkinoille tuonnin. Aluksi oli tuoteidea... Sen lisäksi, että kaikki muut asiat tehtiin asianmukaisesti, suoritettiin EMC-ANALYYSI esim. EMC-Direktiivin soveltamisopas

EMC-CASE Tässä tapauksessa löydettiin soveltuva Harmonisoitu standardi (tuoteperhestandardi), jota olisi voitu käyttää EMC-suunnittelun pohjana Firmalla EI OLLUT riittävää OMAA mittauskalustoa, joten päädyttiin EMC-direktiivin mukaisuuden osoitukseen ns. Teknisen rakennetiedoston avulla.

EMC-CASE Laitteen prototyyppipiirilevy analysoitiin yrityksen suunnittelijan toimesta alustavasti Spektrianalysaattori ja mittapää Joitakin komponentteja vaihdettiin Suunniteltiin kotelointi ja liitännät eli saatiin tuotantoversio

EMC-CASE Laite + suunnittelija + dokumentit lähetettiin oppilaitokselle, jossa oli parempi mittauskalusto Sähkömagneettisen emission testaamiseksi Mittauksista saatiin mittausraportti, joka osoitti laitteen todennäköisesti suoriutuvan STANDARDIN mukaisesta testistä helposti

EMC-CASE Tässä vaiheessa yritys otti yhteyttä ns. Competent bodyyn (CB) CB on mittauslaitos, joka voi suorittaa standardin mukaisia testauksia CB:n ohjeiden mukaan kerättiin ns. Tekninen rakennetiedosto Laite käytettiin standardin mukaisissa testeissä Laite läpäisi testin

EMC-CASE Competent Body kirjoitti teknisen raportin tuotteesta Yritys laati VALMISTAJAN VAKUUTUKSEN EMC-DIREKTIIVIN MUKAISUUDESTA Muitakin direktiivejä oli mm. Sähköturvallisuus

EMC-CASE Yhtiön toimitusjohtaja allekirjoitti asiakirjan vapisevalla kädellä muistaen, että … Vakuutuksen allekirjoittaja vastaa HENKILÖKOHTAISESTI, mikäli tuote ei täytäkkään direktiivejä CE-merkintä täytyy päivätä, sen varalta, että direktiivit muuttuvat

EMC-CASE Vaatimustenmukaisuusvakuutus ja tekninen rakennetiedosto säilytetään 10 Vuotta laitteen markkinoillaolon jälkeen saatavilla viranomaisten käyttöön Allekirjoittajan kannattaa ottaa vastuuvakuutus tuotteelle Onko otettava vakuutus kaikille tuotteille vai voiko saada kaikkien tulevien “allekirjoitusten” osalta “pöljänpojanvakuutuksen” ?

EMC-PALVELUT ROVANIEMEN AMK:SSA RAMK TARJOAA KOLMEA TESTIÄ... - Säteilevien-/Johtuvien häiriöiden mittaus - ESD-purkauksen sieto - Nopeiden transienttien sieto (projekti kesken) MITTAUSKALUSTOA LÖYTYY mm. PIIRIKORTTIANALYYSIIN - Spektrianalysaattori HP8561B, 50 Hz - 6,5 GHz - Network/Spectrum/Impedance-analysaattori HP4395A, 10 Hz - 500 MHz