"Conducted Emissions" mjerenja nisu dobra, što napraviti?

[prasimix]

U proceduri sam testiranja (EMC i LVD) za potrebe dobivanja CE kod akreditiranog laba. Poslali su mi rezultate mjerenja "Conducted Emissions" koja su daleko iznad propisanih limita. Nije mi skroz jasno koji su sve scenariji testirani. U ponedjeljak idem do njih da to vidim iz prve ruke i imati ću prilike napraviti neke korekcije.
Evo jedan primjer toga što su mi poslali (stavljam i pdf u prilog):



Označio sam 5 markera u grafu. Ispada da injekira obilato šum sve do cca 8 MHz. Stvar koja me buni jest da power AC/DC konverteri od Mean Well-a imaju filtre na AC ulazu i imaju CE. Međutim postoje i dva manja Mean Well-a (IRM10 serija) koje sam otvarao i nezgodno je što su zaliveni u smolu i na AC ulazu sam vidio samo veliki X kondenzator. Ne izgleda mi da ima neki složeniji filtar.
Kad dođem tamo svakako ću probati posebno testirati malene i power Mean Well konvertere pod teretom da budem siguran da oni rade kako treba. Međutim, štogod da je izvor ovako bogatog šuma trebati će ga blokirati prije izlaza u gradsku mrežu. Gledao sam gotove filtre poput SCHURTER 5500.2019. Njegova karakteristika izgleda ovako:



Ispada da ima gušenje od 20 i više dB za kritično područje. Da li to dobro gledam i da li je to način kako to rješavati? Možda da napravim sam filtar koji bi u konačnici mogao ispasti i jeftiniji?

[progster]

Sigurno je moguće napraviti takav filter, možda ne baš iz prve iteracije, ali je moguće...
Jednostavniji se sastoje od X kondenzatora na ulazu, rednih kalemova,, opet X cap, i dva Y prema zemlji...
Na prvom mestu, postoje dva tipa šuma, common-mode i differential. Drugo šta je bitno, a to je opseg testiranja, a pretpostavljam da testiraš za EU standard, tako da je 150k do 30 MHz.

Uloga tih elemenata je sledeća:
- X kondenzatori filtriraju diferencijalni šum iz mreže, tako što ga iz faze preusmeravaju u nulu. Taj kondenzator treba da predstavlja veliku impedansu na 50 Hz (obično preko 10-20kOhm), dok već za 150kHz treba da predstavlja impedansu manju od nekoliko desetina ohm. Na ovaj način šum iz mreže ne dolazi do tvog uređaja, i na taj način ne kompromituje njegov rad, a ni sam test
- Kalem treba takođe da bude izrazito mala impedansa na 50 Hz (praktično samo DC otpornost žice), dok >150kHz treba da ima veliku impedansu i na taj način reflektuje ili apsorbuje smetnje
- Y kondenzatori je ono što tebe verovatno najviše zeza, njihova uloga je da sve smetnje uređaja odvedu u zemlju, a da pritom ne predstavljaju veliko opterećenje za mrežu. To znači da njihova impedansa na 50Hz treba da bude nekoliko kOhm, dok već od 150kHz  mora da padne izuzetno nisko, obično ispod 1Ohm


Trenutno sam u gužvi nekoj, najbolje je da probaš u simulatoru za početak, snimi prenosnu karakteristiku takvog filtra na opsegu od 50 Hz, pa sve do 30 MHz.

[prasimix]

Da, mjerenje ide od 150 kHz do 30 MHz što se i vidi iz grafikona. Ubacivanje smetnji iz mreže mislim da nije problem jer se koristi LISN koji bi trebao razdvojiti ono što ide iz mreže i što se šalje u mrežu. Javili su mi da koriste NSLK 8128. Kao početnu simulaciju mogao bih možda probati staviti ono što je deklarirano na gore spomenutom filtru: 2 x 1 mH, 0,1 uF (X2) i 2 x 2,2 nF (Y2).

[prasimix]

Bio danas u labu i dobio nešto bolju sliku o situaciji, a situacija je složena. Evo o čemu je riječ. Na mrežnom naponu imam tri Mean Well AC/DC konvertera: 2 x IRM-10 (za +5 V i +12 V po 10 W svaki) i do 3 x LRS-150F-48 (za +48V / 155 W) ali sam testirao samo s jednim. Mean Wellovi imaju neke ulazne filtre, a pojednostavljena šema spajanja i snimka "conducted emissions" izgledaju ovako:



Važno je za napomenuti da MCU modul nije jednostavan omski teret. Slična slika je i ako se izbaci iz šeme LRS konverter i ostanu samo IRM-ovi. Prvoosumnjičeni jest IRM za 5 V koji napaja MCU modul. Iz tog razloga sam pokušao ispred IRM-ova ubaciti filtar, izbacio privremeno LRS i to je dalo prolazne rezultate:



Međutim, sreća je kratko trajala jer čim sam dodao LRS konverter bez ikakva tereta situacija se pogoršala i test ne prolazi:



Budući da LRS ima vrlo konkretan filtar na AC ulazu, pokušao sam ga i direktno spojiti na 230 Vac, a IRM-ove ostaviti iza filtra, ali to nije pomoglo. U jednom trenutku sam posumnjao u CE certifikate Mean Well modula, pa da otklonim tu sumnju spojio sam ih direktno na 230 Vac, i oba IRM-a opteretio s omskim teretima. Rezultati su tada dobri:



Moj zaključak je da IRM opterećen s ne-omskim teretom u kombinaciji s LRS-om čak i bez tereta radi problem. Svi filtri koje sam pripremio (njih 6) nisu uspjeli ispeglati stvar. Ne znam da li je to zato što su svi imali CM-ove s nedovoljno visokim induktivitetom (ispod 2,2 mH). Imao sam i sedmi filtar koji je imao CM od 2 x 40 mH ali se za nesreću ispostavilo da taj nije ispravan (jedna linija mu je u prekidu).

[prasimix]

Jednu stvar nisam bio u prilici napraviti dok sam bio u labu, a koja bi itekako mogla imati za posljedicu opisani problem, a to je odvajanje GND i PE na MCU modulu.

Također nisam mogao isprobati što bi bilo da sam CM filtar stavio između Mean Well-a i MCU modula. To mi je na listi za sljedeći odlazak u lab.

[npejcic]

Jednu stvar nisam bio u prilici napraviti dok sam bio u labu, a koja bi itekako mogla imati za posljedicu opisani problem, a to je odvajanje GND i PE na MCU modulu.

Hm, mislim da moraš obavezno odvojiti PE od GND. To može biti uzrok tvojih problema.

Dodaću ovde još jedno moje iskustvo od pre par dana.
Testirali smo novu verziju uređaja sa malim MeanWell napajanjima tipa PSC-35A-C. Uređaj u sebi sadrži GSM komunikaciju. Dosta problema je bilo sa MeanWell-om usled interferencije sa GSM emisijom signala iz antene. Neverovatno koliko je osetljiv, u stanju je da se čak "zaglavi" da nema na izlazu uopšte napona dok se ne isključi sa mrežnog napajanja pa ponovo uključi.
Indukcija se javljala sa strane gde je MeanWell izlaz preko kabla koji je vodio napajanje sa njega na uređaj. Kabl je bio blizu anteni. Ne bi ovo bilo tako čudno, da u prethodnoj reviziji uređaja umesto MeanWell-a je bilo klasično napajanje sa trafo-grec-elko, pa ovaj problem nismo naslutili unapred.
Saglasan sam da je inženjerska praksa da se ništa od provodnika ne postavlja oko GSM antene, ali me je baš iznenadila činjenica da je toliko osetljiv.

[prasimix]

Nego razmišljam si kako bi za "conducted emissions" imalo smisla investirati nešto u LISN i neki entry-level analizator spektra (možda Siglent?). To u konačnici ne bi trebalo ispasti bolno skupo (nekoliko redova veličine manje negoli bilo kakav setup za "radiated emissions") i moglo bi dati upotrebljive rezultate da se izbjegnu ovakava iznenađenja u labu. Može li tko preporučiti kakva DIY LISN?

Inače ovako je izgledao setup u labu jučer:

[prasimix]

Bio sam ponovno u labu danas i napravili smo nova mjerenja.

1. Za start probao sam AUX-PS na kojem su dva Mean Well IRM-10 konvertera za +5 V i +12 V bez spojenog MCU modula:



2. Sljedeće što sam probao je spojiti dva Mean Well LRS konvertera na koje su spojeni BB3 power moduli (DCP i DCM). MCU modul je i dalje bio odspojen:



3. Za sljedeće mjerenje sam zamijenio AUX-PS modul s drugim na kojem je izvađen IRM-10 +12 V modul. LRS konverteri nisu bili spojeni, kao ni MCU modul. Dodao sam i filter (100 nF X2 + 2 x 0.7 mH + 2 x 2.2 nF Y2). To je izgledalo izvrsno:



4. Sljedeće sam spojio MCU modul ali na kojem je PE odvojen od GND. To također izgleda jako dobro:



5. Nažalost vraćanje nazad LRS konvertera sa spojenim BB3 power modulima kreira ponovno problem i imamo probijanje limita u širokom području od 150 kHz do skoro 1 MHz.



6. Situacija nije ništa bolja ni s teretom spojenim na izlaze power modula (Iout=2 A):



Ispada da je problem s LRS konverterima i kompleksnim teretom kao što su BB3 power moduli koji imaju  switching power pred-regulatore na ulazima. Mislim da ću sada zaista morati nabaviti analizator spektra i napraviti LISN (za koji sam već dobio šemu!) da nastavim testiranja izvan laba.

Pitanje je da li se trebam pozabaviti s filterom na AC ulazu ili možda bolje filterom na DC ulazu switching pre-regulatora.

Ovo je dobar primjer onoga o čemu sam već slušao da korištenje certificiranih komponenti samo po sebi nije nikakva garancija da će to u finalnom uređaju raditi. Mjerenje od prošlog puta pokazala su da je zračenje Mean Well LRS konvertera unutar propisanih granica, ali samo kada ima na izlazu otpornik.