Testy EMC – Czym są i dlaczego są konieczne?

Kompatybilność elektromagnetyczna – badania EMC 

Twój nowy produkt. Zaawansowany sprzęt dedykowany branży wojskowej, medycznej, transportowej lub po prostu przeznaczony na rynek konsumencki. Projekt dopracowywany w najmniejszych szczegółach przez kilka miesięcy lub nawet lat. Dziesiątki, jeśli nie setki godzin pracy inżynierów oraz innych specjalistów. Gdy pozornie wszystko jest gotowe do wprowadzenia nowości na rynek europejski, pojawia się ważna kwestia testów kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). Okazuje się, że aby móc legalnie sprzedawać i użytkować urządzenie na terenie Unii Europejskiej, musi ono spełnić określone normy. Brak oceny zgodności EMC może mieć w pewnych przypadkach nawet konsekwencje finansowe lub prawne. Co teraz? 

Ilość urządzeń elektronicznych w naszym otoczeniu stale rośnie – zarówno tych specjalistycznych, jak i przeznaczonych do codziennego użytku w warunkach domowych. Wszystkie oddziałują na siebie nawzajem emitując i odbierając fale elektromagnetyczne, zależnie od tego czy oraz jak są ze sobą połączone lub jaka dzieli ich odległość. Oznacza to, że urządzenia mogą w niepożądany sposób wpływać na pracę innych albo same być zakłócane przez emisję fal EM przez maszyny w ich otoczeniu. 

Czym jest kompatybilność elektromagnetyczna? 

Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) to zdolność urządzenia elektrycznego lub elektronicznego do poprawnego funkcjonowania w środowisku elektromagnetycznym bez wywoływania zakłóceń elektromagnetycznych dla innych urządzeń. Urządzenie elektroniczne musi być odporne na zaburzenia emitowane przez inne maszyny.  

Dany sprzęt nie powinien równocześnie zakłócać działania innych urządzeń pracujących w tym samym środowisku. Badania kompatybilności elektromagnetycznej pozwalają na weryfikację zgodności produktów elektronicznych z obowiązującymi wymaganiami dyrektywy EMC (unijnej dyrektywy 2014/30/UE) – dzięki temu gwarantują nie tylko prawidłowe ich funkcjonowanie w danym środowisku elektromagnetycznym, ale także bezpieczeństwo użytkowania. 

Dlaczego kompatybilność elektromagnetyczna jest istotna?

Kompatybilność elektromagnetyczna to bardzo złożone i wielowątkowe zagadnienie – powinno się ją uwzględniać już na pierwszych etapach projektu, ponieważ urządzenia elektroniczne emitują fale elektromagnetyczne, które mogą zakłócać pracę innych urządzeń. Brak kompatybilności elektromagnetycznej może prowadzić do zakłóceń, usterek lub nawet uszkodzeń urządzeń. Dlatego przestrzeganie norm EMC jest konieczne dla zapewnienia niezawodności i bezpieczeństwa urządzeń elektronicznych.  

W naszej codziennej pracy w Unisystemie napotykamy na wiele wyzwań w zakresie nie tylko oceny kompatybilności elektromagnetycznej, ale także bezpieczeństwa, jakości oraz użyteczności końcowego produktu. Doprowadzenie urządzenia do zgodności z obowiązującymi normami zaczyna się już na pierwszych etapach jego projektowania. Nasza kadra inżynierska ściśle współpracuje z Project Managerami oraz z samymi klientami – profesjonalny dialog i wspólne prace nad specyfikacją od początku projektu pozwalają szybko poznać ewentualne zagrożenia oraz zmniejszyć ewentualne opóźnienia i zredukować koszty. Odpowiednio wczesne wzięcie pod uwagę badań EMC pozwala na uniknięcie konieczności przeprojektowania końcowego urządzenia, ponownego montażu oraz powtórzenia testów laboratoryjnych. 

Czym jest środowisko elektromagnetyczne? 

Środowisko elektromagnetyczne może być generowane sztucznie lub naturalnie, umyślnie bądź niezamierzenie. Z natury wytwarza je kula ziemska, wyładowania atmosferyczne, ciała niebieskie, a nawet człowiek. Sztuczne źródła pola elektromagnetycznego są ściśle powiązane z elektrycznością – procesami jej wytwarzania, przesyłania oraz bezpośredniego wykorzystania przez urządzenia. Łączność bezprzewodowa oraz transmisje telewizyjne i radiowe także generują pola EM, tworzą je jednak celowo. Wszystko to sprawia, że producent danego urządzenia powinien jak najwcześniej określić sposób, w jaki dane urządzenie ma zachowywać się w określonym środowisku elektromagnetycznym – zarówno w przypadku emisji zaburzeń przez nie samo, jak i działania pod wpływem zakłóceń z innych źródeł. 

Czynnikami mogącymi wpływać na pracę sprzętów mogą być np. chwilowe skoki napięcia w przewodach urządzenia, rozładowania elektryczności statycznej albo zaniki lub wahania napięcia w gniazdku. Nadajniki radiowe oraz telewizyjne, routery Wi-Fi i inne sprzęty nadawcze również emitują zakłócenia elektromagnetyczne. Wpływ na działania innych maszyn mogą mieć także piloty do bram, urządzenia mobilne, instrumenty medyczne i naukowe, moduły GPS oraz inteligentne systemy transportowe, a nawet lampy fluorescencyjne. 

Dlaczego kompatybilność elektromagnetyczna jest istotna? 

Kompatybilność elektromagnetyczna to bardzo złożone i wielowątkowe zagadnienie – powinno się ją uwzględniać już na pierwszych etapach projektu, ponieważ urządzenia elektroniczne emitują fale elektromagnetyczne, które mogą zakłócać pracę innych urządzeń. Brak kompatybilności elektromagnetycznej może prowadzić do zakłóceń, usterek lub nawet uszkodzeń urządzeń. Dlatego przestrzeganie norm EMC jest konieczne dla zapewnienia niezawodności i bezpieczeństwa urządzeń elektronicznych.  

W naszej codziennej pracy w Unisystemie napotykamy na wiele wyzwań w zakresie nie tylko oceny kompatybilności elektromagnetycznej, ale także bezpieczeństwa, jakości oraz użyteczności końcowego produktu. Doprowadzenie urządzenia do zgodności z obowiązującymi normami zaczyna się już na pierwszych etapach jego projektowania. Nasza kadra inżynierska ściśle współpracuje z Project Managerami oraz z samymi klientami – profesjonalny dialog i wspólne prace nad specyfikacją od początku projektu pozwalają szybko poznać ewentualne zagrożenia oraz zmniejszyć ewentualne opóźnienia i zredukować koszty. Odpowiednio wczesne wzięcie pod uwagę badań EMC pozwala na uniknięcie konieczności przeprojektowania końcowego urządzenia, ponownego montażu oraz powtórzenia testów laboratoryjnych. 

Czym jest środowisko elektromagnetyczne? 

Środowisko elektromagnetyczne może być generowane sztucznie lub naturalnie, umyślnie bądź niezamierzenie. Z natury wytwarza je kula ziemska, wyładowania atmosferyczne, ciała niebieskie, a nawet człowiek. Sztuczne źródła pola elektromagnetycznego są ściśle powiązane z elektrycznością – procesami jej wytwarzania, przesyłania oraz bezpośredniego wykorzystania przez urządzenia. Łączność bezprzewodowa oraz transmisje telewizyjne i radiowe także generują pola EM, tworzą je jednak celowo. Wszystko to sprawia, że producent danego urządzenia powinien jak najwcześniej określić sposób, w jaki dane urządzenie ma zachowywać się w określonym środowisku elektromagnetycznym – zarówno w przypadku emisji zaburzeń przez nie samo, jak i działania pod wpływem zakłóceń z innych źródeł. 

Czynnikami mogącymi wpływać na pracę sprzętów mogą być np. chwilowe skoki napięcia w przewodach urządzenia, rozładowania elektryczności statycznej albo zaniki lub wahania napięcia w gniazdku. Nadajniki radiowe oraz telewizyjne, routery Wi-Fi i inne sprzęty nadawcze również emitują zakłócenia elektromagnetyczne. Wpływ na działania innych maszyn mogą mieć także piloty do bram, urządzenia mobilne, instrumenty medyczne i naukowe, moduły GPS oraz inteligentne systemy transportowe, a nawet lampy fluorescencyjne. 

 Co to jest dyrektywa EMC i w jakim celu powstała? 

Dyrektywa kompatybilności elektromagnetycznej EMC (2014/30/UE) została wprowadzona w celu zharmonizowania przepisów dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej w krajach Unii Europejskiej. Głównym celem dyrektywy jest zapewnienie swobodnego przepływu wyrobów w obrębie rynku wewnętrznego UE przy jednoczesnym zagwarantowaniu odpowiedniego poziomu ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. 

Wyżej wspomniana dyrektywa EMC (2014/30/UE) definiuje obowiązki producenta urządzeń elektrycznych, elektronicznych oraz oświetleniowych, jakich powinien on dopełnić przed wprowadzeniem swojego produktu do obrotu. Istotna jest nie tylko zgodność z dyrektywą 2014/30/UE oraz zharmonizowanymi z nią normami, ale również odpowiednio przygotowana dokumentacja techniczna oraz konieczność umieszczenia na urządzeniu oznakowania CE. Znak ten oznacza spełnienie przez dany produkt przewidzianych dla niego norm jakości i bezpieczeństwa zawartych w dotyczących go regulacjach prawnych Unii Europejskiej. 

 Jak przebiega badanie kompatybilności elektromagnetycznej? 

Badanie kompatybilności elektromagnetycznej EMC składa się z dwóch etapów: badania odporności urządzenia na zakłócenia zewnętrzne oraz badania emisyjności, czyli pomiaru zakłóceń emitowanych przez urządzenie. W ramach badań EMC sprawdza się odporność na zakłócenia przewodzone i promieniowane, odporność na wyładowania elektrostatyczne, zaniki napięcia oraz inne zjawiska mogące wystąpić w środowisku elektromagnetycznym. 

Kompatybilność elektromagnetyczna jest kluczowa dla prawidłowego funkcjonowania urządzeń elektronicznych. Dlatego tak istotne są badania EMC, które pozwalają sprawdzić czy dane urządzenie spełnia wymagania w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej. Badanie kompatybilności elektromagnetycznej składa się zazwyczaj z dwóch etapów – badania odporności na zakłócenia zewnętrzne oraz badania emisji zakłóceń emitowanych przez urządzenie.  

Aby móc wprowadzić urządzenie elektroniczne na rynek Unii Europejskiej, musi ono przejść badanie EMC i uzyskać pozytywne EMC test results potwierdzające spełnienie dyrektywy kompatybilności elektromagnetycznej. W Polsce obowiązuje ustawa o kompatybilności elektromagnetycznej, która wdraża przepisy unijnej dyrektywy EMC.  

Przeprowadzenie badania EMC wymaga odpowiedniego EMC test design, czyli zaplanowania szczegółów badania – jakie testy należy wykonać, jakie poziomy zakłóceń zastosować, jakie parametry urządzenia monitorować. Proces EMC test design powinien uwzględniać specyfikę i przeznaczenie badanego urządzenia. Dobrze zaprojektowane badanie EMC pozwala w sposób wiarygodny ocenić kompatybilność elektromagnetyczną urządzenia i potwierdzić jego zgodność z wymaganiami. 

 Jak interpretować wyniki badania kompatybilności? 

Wyniki badań EMC porównuje się z wartościami dopuszczalnymi określonymi w odpowiednich normach (np. PN-EN 61000). Jeśli zmierzone wartości mieszczą się w dopuszczalnych przedziałach, oznacza to, że urządzenie spełnia wymagania kompatybilności elektromagnetycznej. Przekroczenie dopuszczalnych poziomów świadczy o braku kompatybilności i konieczności poprawy urządzenia. 

Rozwiązywanie problemów napotykanych m.in. podczas badań odporności urządzenia na wyładowania elektrostatyczne (PN-EN 61000-4-2) wymaga odpowiedniej wiedzy i doświadczenia. Testowany przez naszych inżynierów wyświetlacz TFT zawieszał się w trakcie testów – kontroler graficzny samoczynnie resetował się z początkowo niewiadomych przyczyn. Rezultatem było dalsze działanie urządzenia bez interfejsu graficznego, dopiero jego ponowne uruchomienie przywracało normalny tryb pracy. Początkowo szukano luk w oprogramowaniu, udało się jednak wskazać punkt pomiarowy, w którym wyładowanie powodowało zatrzymanie pracy sprzętu – była to krawędź w okolicach taśmy FFC panelu pojemnościowego. 

Przy kolejnych próbach proponowano różne rozwiązania, w tym wykorzystanie ekranowanego wariantu taśmy FFC. Było to skuteczne, ale generowało komplikacje w postaci zwiększonych kosztów projektu. Zaczęto szukać alternatyw – odpowiedź przyniosło odnalezienie źródła przenikania wyładowań, czyli szczeliny powietrznej między szkłem ochronnym a obudową wyświetlacza. Ostatecznie zdecydowano się na zapewnienie izolacji w postaci uszczelnienia wnęki taśmą akrylową. Spowodowało to brak konieczności dalszego ekranowania, urządzenie zostało uodpornione na występujące w powietrzu wyładowania, a wydatki związane z projektem znacząco zmalały. 

Przeczytaj również: Metody zabezpieczania wyświetlaczy 

Jakie warunki musi spełniać urządzenia zgodne z EMC? 

Aby urządzenie spełniało wymagania EMC, musi być odporne na zakłócenia występujące w typowym środowisku elektromagnetycznym i jednocześnie nie może emitować zakłóceń zakłócających pracę innych urządzeń. Ponadto urządzenie powinno być zaprojektowane i wykonane zgodnie z dobrymi praktykami EMC dotyczącymi ekranowania, filtrowania, uziemienia, doboru elementów itp.  

Czy badanie EMC jest drogie? 

Koszt badania EMC zależy od wielu czynników, jak np. złożoność urządzenia czy wymagany zakres testów. W przypadku EMC badanie jest niezbędne do wprowadzenia produktu na rynek UE. Koszty badania EMC zależą od wielu czynników, m.in. złożoności i wielkości badanego urządzenia, zakresu wymaganych testów oraz laboratorium wykonującego badania.  

Dla prostych urządzeń koszt może wynosić kilka tysięcy złotych. Bardziej złożone projekty mogą kosztować nawet kilkadziesiąt tysięcy złotych. Jednak przeprowadzenie badań EMC jest niezbędne, aby zapewnić zgodność urządzenia z przepisami i wprowadzić je na rynek UE. 

Podsumowanie 

Jednym z ciekawszych rozwiązań przebadanych pod kątem kompatybilności elektromagnetycznej jest wyświetlacz RVT101HVLNWC00-B od Riverdi (1280x800p, 1000:1, 850cd/m2, temp. pracy (°C): -20~70) przeznaczony do aplikacji przemysłowych. Ze względu na zgodność EMC oraz wysoką rozdzielczość, odporność na czynniki zewnętrzne oraz podwyższoną jasność świetnie sprawdzi się w panelach sterowniczych HMI dla zastosowań medycznych oraz wojskowych. Pełny raport z badania EMI jest dostępny na stronie Riverdi. 

Przemyślane testy EMC to jeden z czynników pozwalających na projektowanie produktów bezpiecznie, szybko, wydajnie i bez nieplanowanych zakłóceń. Obecnie niemal wszystkie urządzenia elektryczne lub elektroniczne powinny cechować się poziomem odporności na zakłócenia elektromagnetyczne zgodnym z oczekiwaniami w ich zamierzonym zastosowaniu. Bez zgodności z dyrektywą, urządzenia mogą działać niepoprawnie lub nawet ulec uszkodzeniu – może narazić to nie tylko sam projekt, ale i reputację jego zleceniodawcy. 

Naszymi priorytetami są nie tylko kompatybilność elektromagnetyczna, ale również optymalizacja kosztów oraz nacisk na funkcjonalność i design. Wybierając dedykowane, polecane przez specjalistów rozwiązania zyskuje się pewność, że produkt uzyska odpowiednią certyfikację – powtórzenie testów EMC nie będzie dzięki temu konieczne, co przyśpieszy wprowadzenie produktu na rynek. 

Unisystem to zespół specjalistów, podchodzących indywidualnie do każdego klienta. Dążymy do tego, aby każdy projekt, w który jesteśmy zaangażowani, był jak najwyższej jakości. Skontaktuj się z nami, aby uzyskać wsparcie w realizacji Twojego projektu.