Zmiany w normach ogólnych EMC wynikające z własności tłumiących zasilaczy napięcia stałego w zakresie szybkich, elektrycznych stanów przejściowych (EFT/BURST)

Na rysunkach 1 i 2 pokazano parametry impulsów zaburzających wymaganych przez nią. Dokładne wartości przedstawionych powyżej parametrów zebrano w tabeli 1.

Rys. 1. Kształt pojedynczego impulsu serii szybkich przebiegów przejściowych wraz ze sposobem wyznaczania parametrów czasowych [1]

Rys. 2. Parametry opisujące serie szybkich elektrycznych stanów przejściowych [1]

Badania odporności na szybkie, elektryczne stany przejściowe przywoływane są przez wiele norm zharmonizowanych z dyrektywą 2004/108/WE, takich jak np. odnosząca się do odporności w środowiskach mieszkalnych norma EN 61000-6-1, wprowadzająca normę międzynarodową IEC 61000-6-1 [2] do standardów europejskich.

Tabela 1. Parametry sygnałów probierczych wymaganych w badaniach odporności na serie szybkich elektrycznych stanów przejściowych

W części dotyczącej badań portów zasilania DC norma ta określa, że dla urządzeń z zasilaczem zewnętrznym dostarczanym przez producenta zaburzenia doprowadza się od strony AC z poziomem dwukrotnie wyższym. W przypadku gdy producent urządzenia nie określił zasilacza dla badanego urządzenia, należy użyć "typowego zasilacza AC-DC" (tabela 3, uwaga [c] w [2]). Czy takie podejście jest jednak prawidłowe z punktu widzenia jednoznaczności otrzymywanych wyników?

Aby to sprawdzić, zbadano własności tłumiące najpopularniejszych typów zasilaczy napięcia stałego. Do badań wybrano: Z1 - zasilacz niestabilizowany, Z2 - zasilacz stabilizowany, Z3 - zasilacz impulsowy.

Warunki przeprowadzenia badań

Zasilanie sieciowe (wraz z zaburzeniem) podawano do zasilaczy przez układ sprzęgająco-odsprzęgający generatora PEFT1 (rys. 3) firmy Haefely Trench. Do pomiarów wykorzystano oscyloskop cyfrowy TDS694C (rys. 4) oraz sondę wysokonapięciową P5210 firmy Tektronix, które służyły do akwizycji sygnałów na wejściu i wyjściu zasilaczy.

Rys. 3. Generator szybkich, elektrycznych stanów przejściowych PEFT1

Rys. 4. Oscyloskop cyfrowy 10 GS/s Tektronix 694C

Rys. 5. Schemat układu do wyznaczania własności tłumiących zasilaczy

Zasilacze obciążono rezystancyjnie. Poziomy zaburzeń rejestrowano w odniesieniu do potencjału płyty ziemi odniesienia. Na rysunku 5 pokazano schemat układu pomiarowego, w którym analizowano własności tłumiące zasilaczy.

Układ pomiarowy pracował pod kontrolą autorskiego oprogramowania Instytutu Logistyki i Magazynowania (ILiM) dedykowanego do weryfikacji przebiegów generatorów impulsowych. Aplikacja rozpoznaje wystąpienie sygnału probierczego na wejściu oscyloskopu i przeprowadza jego analizę.

Tabela 2. Tłumienie zaburzeń typu EFT/BURST przez wybrane typy zasilaczy napięcia stałego

Po wyzwoleniu oscyloskopu następuje tutaj akwizycja przebiegu wraz z jego przedstawieniem graficznym oraz wykonywane są pomiary istotnych parametrów przebiegu. Zmierzone wartości wyświetlane są w panelu programu, w którym również wyświetlane są ich wartości średnie w danym momencie serii pomiarowej. Widok panelu wizualizującego proces weryfikacji przebiegów napięciowych generatora przedstawiono na rysunku 6.

Rys. 6. Panel akwizycji przebiegów napięciowych generatora szybkich elektrycznych stanów przejściowych

Aplikacja stworzona została w Laboratorium Urządzeń Elektronicznych ILiM przy wykorzystaniu LabView, środowiska programistycznego opartego na graficznym interfejsie użytkownika (język G) [4]. W pełni wykorzystuje ona komunikację z urządzeniami przez porty GPIB oraz urządzenia plug-in podłączane do komputera.

Dzięki użyciu środowiska graficznego w LabView w intuicyjny sposób stworzono oprogramowanie do akwizycji, przetwarzania i prezentacji danych pomiarowych (program tworzony jest za pomocą bloków, w których wykonywane są odpowiednie działania - reprezentowane są one na ekranie w postaci ikon).

Na rysunku 7 pokazano typowy kod aplikacji LabView. Na rysunku 8 pokazano przykładowe przebiegi zarejestrowane przez oscyloskop na wejściu i wyjściu zasilacza stabilizowanego po przyłożeniu zaburzenia typu Burst.

Wyniki badań

Rys. 7. Diagram blokowy aplikacji LabView

W tabeli 2 pokazano wyniki dla wszystkich badanych zasilaczy. Jak widać w przypadku szybkich elektrycznych stanów przejściowych dwa z badanych zasilaczy tłumiły napięcie sygnału zaburzającego blisko dwukrotnie, co odpowiada założeniom normatywnym, które najczęściej definiują sygnał zaburzający podawany na wejście AC zasilacza na poziomie dwukrotnie wyższym niż przy wejściu DC badanego urządzenia.

Jednak w przypadku zasilacza impulsowego praktycznie nie stwierdzono efektu tłumienia, co skutkowało podaniem na wejście DC urządzenia zaburzenia o dwukrotnie wyższej wartości niż w przypadku pozostałych dwóch zasilaczy.

W rezultacie może to prowadzić do uzyskania zupełnie różnych wyników badań EMC danego urządzenia w zależności od zastosowanego zasilacza. Sytuację dodatkowo komplikuje fakt, że różnice w zdolności tłumienia sygnału występują również pomiędzy zasilaczami wykorzystującymi tę samą zasadę przetwarzania.

Następstwa w normalizacji światowej

Rys. 8. Przykładowe przebiegi na wejściu (A) i wyjściu (B) zasilacza stabilizowanego

W związku z wykazaniem tak potencjalnie dużego wpływu typu zasilacza na poziom zaburzeń typu EFT/Burst wprowadzanych do badanych urządzeń Instytut Logistyki i Magazynowania, jako członek Komitetu Technicznego Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej IEC TC 77/WG 13, wnioskował podczas spotkania roboczego w Abu Zabi (grudzień 2013 r.) o zmianę zapisu w normach ogólnych dotyczących badań odporności w środowiskach mieszkalnych (IEC 61000-6-1) oraz przemysłowych (IEC 61000-6-2).

Tabela 3. Zmiany wniesione przez ILiM do projektów norm IEC6100-6-1/2 edycja 3.0 (tabela 3, uwaga [c])

Wnioskowana zmiana dotycząca usunięcia zapisu o stosowaniu "typowego zasilacza AC-DC" weszła do projektu nowelizacji wymienionych norm i omawiana uwaga będzie po ich zatwierdzeniu sformułowana jak w tabeli 3. W przytoczonych projektach norm możliwe będzie również stosowanie 100 kHz częstotliwości powtarzania impulsów, oprócz obecnie stosowanej 5 kHz.

dr inż. Krzysztof Sieczkarek
dr inż. Adam Maćkowiak
Instytut Logistyki i Magazynowania Laboratorium Urządzeń Elektronicznych
ilim.poznan.pl/LA

Literatura
[1] IEC 61000-4-4: 2012 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 4-4: Metody badań i pomiarów - Badanie odporności na serie szybkich elektrycznych stanów przejściowych
[2] IEC 61000-6-1:2007 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 6-1: Normy ogólne - Odporność w środowiskach: mieszkalnym, handlowym i lekko uprzemysłowionym
[3] IEC 61000-6-2:2005 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 6-2: Normy ogólne - Odporność w środowiskach przemysłowych
[4] LabView7 Express - Getting Started with LabVIEW, National Instrument, April 2003 Edition.