Другие предметы \ Электромагнитная совместимость в электроэнергетике

Анализ адекватности испытаний аппаратуры на электромагнитную совместимость тестовыми импульсами, страница 2

Одной из актуальных проблем обеспечения электромагнитной совместимости микроэлектронных устройств является адекватность испытаний их на помехозащищенность аппаратурой моделирования импульсных помех.

 Эта проблема возникла вместе с построением первого имитатора помех в 1966г. фирмой IBM, моделирующего одиночные прямоугольные импульсы.

В настоящее время ни методы, ни средства исследования ЭМО в местах эксплуатации микроэлектронных устройств общепромышленного назначения не стандартизированы. До сих пор среди специалистов по ЭМС микроэлектронных цифровых средств нет единого подхода , какие параметры ЭМО и какими средствами регистрировать и измерять.

Для импульсных помех в качестве таких параметров могут быть амплитуда и длительность, а также параметры, характеризующие пачку импульсов помех, такие как число импульсов в пачке, длительность пачки и скважность импульсов в пачке.

Анализ стандарта IEC 1000-4-4

По оценкам специалистов в мире существует порядка 200 различных стандартов по ЭМС, в том числе и значительное число, касающееся испытаний по отношению к импульсным помехам.

Международные усилия в области стандартизации привели к разработке стандарта МЭК IEC 1000-4-4, который состоит  из пяти частей, в том числе три из  них касаются импульсных испытаний, две - одиночными импульсами, третья - пачками. Эта часть стандарта касается испытаний  на помехозащищенность пачками импульсов помех, которые  имеют  следующие  основные параметры:

·  форма импульса близка к экспоненциальной;

·  длительность фронта 5 нс;

·  длительность импульса на  уровне  половины  амплитуды импульса 50 нс;

·  длительность пачки импульсов 15 мс;

·  частота следования импульсов в пачке до 5 кГц;

·  количество импульсов в пачке 37 и 75.

Рисунок 1 Энергетический спектр одиночного импульса стандарта МЭК

Для последующего анализа спектра одиночного импульса стандарта МЭК и спектра пачки импульсов необходимо определить аналитическое описание и основные параметры стандартизированного сигнала. Импульс вида, представленного на рисунке 1 наиболее точно удовлетворяет характеристикам, описанным выше. Рисунок 2 Форма импульса стандарта МЭК

Аналитически этот импульс удобно описать формулой разницы 2-х экспонент, т.к. изменяя коэффициенты наклона экспонент есть возможность наиболее точно подобрать форму сигнала, которая бы наиболее точно соответствовала стандарту МЭК:

 (2)

где:

·  A- амплитуда импульса;

·  b1, b2 - коэффициенты наклона экспонент;

·  k - коэффициент крутизны:       ,

     где:      

 ,, .

Рассчитанные значения b1 и b2  составили соответственно 0.01742 и  0.3051.

Для оценки адекватности испытаний аппаратуры на ЭМС тем или иным импульсом, необходимо рассмотреть энергетический спектр сигнала, т.е. распределение его энергии по частотному диапазону.

Энергетический спектр одиночного импульса стандарта МЭК в  частотном диапазоне от 0 Гц до 0.3 ГГц представлен на рисунке 2.


Спектр одиночного импульса МЭК является сплошным на всем частотном диапазоне. Однако наибольшее количество энергии спектра сосредоточено в начале частотного диапазона. Для повышения адекватности испытаний желательно использовать сигнал, частотное распределение энергии спектра которого было бы более равномерным по всему диапазону.

Рассмoтрим теперь, что из себя представляет энергетический спектр "пачки" МЭК. Из спектрального анализа известно, что для получения спектра пачки импульсов помех следует осуществить операцию свертки временных функций одиночного импульса и решетки дельта- импульсов или перемножить их спектры в частотной области. Следовательно, спектральная функция пачки импульсов имеет вид:

Фп(f),

где :

Т - период следования импульсов в пачке,

N - количество импульсов в пачке,

F1(w)- спектральная функция одного импульса МЭК.

Энергетический спектр стандартной пачки МЭК представлен на рис.3. Видно, что спектр является линейчатым. Это связано с тем, что по мере  возрастания  количества импульсов в пачке, спектр из непрерывного стремится к линейчатому, и лепестки с наибольшей концентрацией энергии становится все более узкими, а между ними образуются дополнительные зоны с малой концентрацией энергии. Если в процессе испытаний на помехозащищенность "пачкой" МЭК окажется, что паразитный канал проникновения помехи будет иметь резонанс в зоне минимума концентрации энергии в пачке, то это не будет выявлено при испытании, изделие будет аттестовано на соответствие стандарту IEC 1000-4-4 и тем самым будет совершена ошибка. Проводимые многочисленные испытания имитатором пачек помех подтверждает сделанные выводы.


Рисунок 3 Энергетический спектр стандартной пачки МЭК


Скачать файл