مقاله مقدمه ای بر سازگاری الکترومغناطیسی

توضیحات محصول

دانلود مقاله مقدمه ای بر سازگاری الکترومغناطیسی با فرمت ورد ودر 25 صفحه قابل ویرایش قسمتی از متن مقاله

استفاده گسترده از مدارات الکترونیکی در مخابرات، محاسبات، اتوماسیون و مقاصد دیگر موجب شده است که این مدارات متضاد بنا به ضرورت در مجاورت هم کار کنند. این مدارات اغلب روی همدیگر اثرات منفی می‌گذارند. امروزه تداخل الکترومغناطیسی یکی از مهم‌ترین مسائل طراحان مدار شده است و احتمالاً در آینده نیز شدیدتر خواهد شد. یکی از دلایل این امر استفاده گسترده از دستگاه‌های الکترونیکی است. به علاوه استفاده از مدارات مجتمع در مقیاس بزرگ، موجب کوچک شدن وسایل الکترونیکی شده است. با کوچک‌تر و پیچیده‌تر شدن مدارات، تعداد زیادی مدار در فضای کوچکی قرار گرفته و موجب افزایش احتمال تداخل می‌شود.

امروزه، دستگاه‌های طراحی شده نه تنها در شرایط ایده‌آل آزمایشگاهی، بلکه در دنیای واقعی و در کنار دیگر وسایل باید به درستی کار کنند. این بدین معنی است که دستگاه نباید متأثر از منابع نویز خارجی باشد و از طرفی خود دستگاه هم نباید منبع نویز در محیط شود. بنابراین سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) باید یکی از اهداف مهم طرح باشد.

در شکل 1، نمودار بلوکی یک گیرنده رادیویی به عنوان نمونه‌ای از انواع تداخل‌هایی که ممکن است داخل دستگاه رخ دهند، نشان داده شده است. سیم‌های بین طبقات مختلف، نویز را هدایت کرده و برخی طبقات باعث تشعشع نویز می شوند. به علاوه، عبور جریان طبقات مختلف از امپدانس مشترک زمین، ولتاژ نویزی روی گذرگاه^[1] زمین ایجاد می‌کنند. همچنین پیوند الکتریکی و مغناطیسی روی هادی‌های مختلف نیز نشان داده شده است. این نویزها نمونه‌هایی از تداخلات داخلی دستگاه هستند و باید قبل از راه‌اندازی در آزمایشگاه، برطرف شوند. ولی وقتی دستگاه وارد دنیای واقعی می شود با منابع دیگر نویز مطابق شکل 2 مواجه خواهد شد. جریان‌های نویز از طریق خطوط توان AC به داخل رادیو وارد می‌شوند. همچنین، رادیو با تشعشعات الکترومغناطیسی منابع مختلفی مواجه می‌شود. در این حالت منابع نویز در کنترل طراح دستگاه نیستند ولی دستگاه باید طوری طراحی شود که در این شرایط به درستی کار کند.

شکل 1- داخل دستگاهی مانند این رادیو، هر بخش مدار می‌تواند به روش‌های مختلفی با بخش‌های دیگر تداخل کند.

شکل 2- خارج از آزمایشگاه، دستگاه‌های الکترونیکی مانند این رادیو، در معرض منابع متعدد نویز الکترومغناطیسی هستند. بنابراین جهت اطمینان از سازگاری با محیط، طراحی دقیقی لازم است.

شکل 3 جنبه دیگری از مشکل نویز را نشان می‌دهد. در این حالت رادیو به عنوان منبع نویز درآمده و می‌تواند روی وسایل دیگر تداخل ایجاد کند. بخش‌هایی از مدار، نویز را به طور مستقیم تشعشع کرده و کابل‌های تغذیه، نویز را به مدارات دیگر هدایت می‌کنند. همچنین عبور جریان نویزی از هادی‌های تغذیه، موجب تشعشع نویز اضافی از آن‌ها می‌شود. بنابراین اهمیت طراحی دستگاهی با کمترین مقدار نویز، درست به اندازه طراحی دستگاهی است که تأثیرپذیر از نویز نباشد.

شکل 3- دستگاه‌های الکترونیکی مانند این رادیو، می‌توانند باعث انتشار نویز و در نتیجه ایجاد تداخل با مدارات دیگر شوند. بنابراین رعایت مسائل مربوط به نویز در خلال طراحی، می‌تواند باعث اجتناب از این انتشارات شود.

هر نوع سیگنال الکتریکی نامطلوب در مدار را نویز می‌گویند. این تعریف در مورد اعوجاج‌های ناشی از غیرخطی بودن مدارها، به کار نمی‌رود^[2]. اگرچه این اعوجاج‌ها ممکن است مطلوب نباشند ولی تا وقتی که با بخش‌های دیگر مدار پیوند نداشته باشند، به عنوان نویز در نظر گرفته نمی‌شوند. بنابراین حتی اگر سیگنال مطلوبی با بخش‌های دیگر، پیوند ایجاد کند، نویز به حساب خواهد آمد.

منابع نویز را به سه گروه می‌توان تقسیم کرد:

1- منابع نویز ذاتی، مانند نویز گرمایی و نویز ضربه‌ای که در اثر نوسانات تصادفی در سیستم‌های فیزیکی به وجود می‌آیند.

2- منابع نویز ساخت دست بشر، مانند نویز ناشی از موتورها، سوییچ‌ها، دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال و فرستنده‌های رادیویی.

3- نویزهای ناشی از غتشاشات طبیعی و جوی، مانند رعد و برق و تشعشعات خورشیدی.

تداخل، اثر نامطلوب نویز است. اگر ولتاژ نویز باعث عملکرد نادرست مدار شود، به آن تداخل می‌گویند. نویز را نمی‌توان به طور کامل حذف کرد اما می‌توان دامنه آن را تا حدی که موجب تداخل نشود، کاهش داد.

طراحی بر اساس سازگاری الکترومغناطیسی

سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)، توانایی یک سیستم الکترونیکی در 1- کارکرد درست در محیط الکترومغناطیسی مورد نظر و 2- تبدیل نشدن آن به منبع (نویزی) آلوده‌کننده محیط است. محیط الکترومغناطیسی، ترکیبی از انرژی‌های هدایتی و تشعشعی است. بنابراین EMC دو جنبه دارد، انتشار^[3] و تأثیرپذیری^[4].

تأثیرپذیری، توانایی یک دستگاه یا مدار در پاسخ به انرژی الکترومغناطیسی ناخواسته (نویز) است. سطح تأثیرپذیری یک مدار یا دستگاه، محیط نویزیی است که در آن دستگاه می‌تواند بدون تنزل و با یک حاشیه ایمنی تعریف شده، به صورت رضایت‌بخشی عمل کند. نقطه مقابل تأثیرپذیری، ایمنی است. یکی از مشکلات در تعیین سطوح ایمنی (تأثیرپذیری) تعریف تنزل کارکرد دستگاه است.

انتشار، به توانایی ایجاد تداخل یک محصول مرتبط است. هدف از کنترل انتشار، محدود کردن انرژی الکترومغناطیسی منتشرشده و در نتیجه کنترل محیط الکترومغناطیسی است که محصولات دیگر باید در آن کار کنند. کنترل انتشار از یک محصول، می‌تواند منجر به رفع مشکل تداخل برای بسیاری از محصولات دیگر شود. بنابراین کنترل انتشار، تلاشی برای ایجاد یک محیط سازگار الکترومغناطیسی است.

تأثیرپذیری، تا حدودی یک مسئله خودسامان^[5] است. اگر یک محصول، از محیط تأثیرپذیر باشد، مشتری از آن آگاه شده و ممکن است از ادامه خرید منصرف شود. در نقطه مقابل، انتشار معمولاً خودسامان نیستند. محصولی که خود منبع انتشار است، ممکن است متأثر از انتشار نباشد، به همین دلیل مجموعه‌های نظارتی مختلف، استانداردهایی جهت کنترل انتشار گروه‌های معینی از محصولات را وضع کرده‌اند.

طراحی EMC به دو روش بحرانی و سیستمی امکان‌پذیر است.در روش بحرانی، طراح بدون توجه به EMC فرایند طراحی و ساخت را انجام داده و آزمون را شروع می‌کند، یا در حالت بدتر، در تجربیات میدانی وجود مشکل گزارش می‌شود. اجرای راه‌حل‌ها در این مراحل نهایی، معمولاً پرهزینه و شامل قطعات اضافی ناخواسته می‌شود. این حالت اغلب به روش چاره موقتی^[6] معروف است.

در طی مراحل پیشرفت کالا از طراحی تا آزمون و تولید، تعداد تکنیک‌های قابل دسترس برای کاهش نویز به شدت کاهش یافته و در مقابل، هزینه آن‌ها افزایش می‌یابد. این موضوع در شکل 4 نشان داده شده است. بنابراین رفع مشکلات تداخلی در مراحل اولیه، بهتر و ارزان‌تر خواهد بود.