Nhiễu và tương thích trường điện từ - chương 1 giới thiệu chung về nhiễu và tương thích điện từ

I. Nhiễu, các nguồn nhiễu điện từ cơ bản Các thiết bị điện, thiết bị thu phát, đường truyền tin chịu sự tác động rất lớn các sóng điện từ. II. Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC Điện áp Dòng điện Cường độ điện trường Cường độ từ trường Công suất [W], mật độ công suất III. Yêu cầu trong thiết kế chống nhiễu và EMC Nhằm mục đích giảm sự tác động, gây nhiễu giữa các thiết bị, hệ thống.

3I-HUST

Nhiễu và tương thích trường điện từ

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

I Nhiễu, các nguồn nhiễu điện từ cơ bản

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC III Yêu cầu trong thiết kế chống nhiễu và EMC

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu &

tương thích điện từ

I Nhiễu và các nguồn nhiễu điện từ cơ bản

 Các thiết bị điện, thiết bị thu phát, đường truyền tin chịu sự tác động rất lớn các sóng điện từ

 Nguồn tạo ra các sóng điện từ:

 Đèn, rơ-le, động cơ điện 1 chiều, đèn huỳnh quang …

 Đường dây cao thế tạo ra điện từ trường ở tần số 50/60 Hz

 Các thiết bị số (PC, PLC, micro controler, …)

 …

 Ví dụ: Bật đèn neon khi đang nghe radio, xe máy/oto chạy qua khi đang xem tivi CRT, để loa gần màn hình CRT

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

I Nhiễu và các nguồn nhiễu điện từ cơ bản

 Yêu cầu thiết kế:

 Thiết bị điện tương thích trường điện từ (ElectroMagnetic

Compatibility – EMC) là hệ thống/thiết bị điện có khả năng hoạt động

“tương thích” với những hệ thống/thiết bị điện khác và:

 Không gây nhiễu cho môi trường

 Không chịu ảnh hưởng của nhiễu từ môi trường

 Không gây ra nhiễu cho chính nó

 Chịu ảnh hưởng ít nhiễu sự can thiệp không mong muốn của nhiễu điện từ từ các thiết bị khác

 Giảm tối thiểu phát xạ nhiễu điện từ sang các thiết bị xung quanh

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

I Nhiễu và các nguồn nhiễu điện từ cơ bản

 Mục đích thiết kế EMC:

 Đảm bảo sự hoạt động ổn định các chức năng của thiết bị

 Cho phép thiết bị hoạt động tốt trong các điều kiện khác nhau

 EMC là yêu cầu bắt buộc thiết kế và tích hợp triển khai hệ thống số:

 Nâng cao độ tin cậy của hệ thống

 Tăng tốc độ hoạt động (clock speeds)

 Tăng tốc độ truyền thông tin

 Mở rộng thị trường cho các sản phẩm thương mại

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

I Nhiễu và các nguồn nhiễu điện từ cơ bản

 Một hệ thống truyền dẫn bao gồm 3 phần:

 Nguồn: Thiết bị tạo ra năng lượng, tín hiệu

 Truyền dẫn: Môi trường truyền năng lượng, tín hiệu

 Bộ thu: Thiết bị tiếp nhận năng lượng, tín hiệu từ nguồn phát ra

Nguồn (Bộ phát)

Truyền dẫn (Đường truyền)

Bộ thu (Nhận)

 Nhiễu điện từ có thể xuất hiện trên cả 3 khối: Nguồn, truyền dẫn và bộ thu

 Việc đánh giá hệ thống EMC hay không dựa trên việc đánh giá hoạt động của bộ thu

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

I Nhiễu và các nguồn nhiễu điện từ cơ bản

 Có nhiều phương pháp chống nhiễu cho hệ thống:

 Tiêu chí lựa chọn phương pháp chống nhiễu

 Hiệu quả chống nhiễu tốt

 Đơn giản và dễ thực hiện

 Chi phí thực hiện thấp

 Khử nhiễu từ nguồn phát

 Thiết kế đường truyền dẫn chống nhiễu tốt

 Chống nhiễu cho bộ thu

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

I Nhiễu và các nguồn nhiễu điện từ cơ bản

 EMC thường gồm 4 loại

Radiated emissions

Radiated susceptibility

Conducted emissions

Conducted susceptibility

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

ESD (electrostatic discharge)

EMP (electromagnetic pulse)

(secure communication and date processing)

I Nhiễu và các nguồn nhiễu điện từ cơ bản

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

 Các tham số:

 Điện áp [V]

 Dòng điện [A]

 Cường độ điện trường E [V/m]

 Cường độ từ trường H [A/m]

 Công suất [W], mật độ công suất [W/m2]

Giá trị biến thiên trong một khoảng rộng

 Đơn vị đo được biểu diễn bằng dB

 Đồng nhất các thứ nguyên về cùng một thang biến thiên

 Thu hẹp dải biến thiên của các tham số

 Dễ đánh giá sự biến thiên của các tham số

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

 Xét mô hình truyền dẫn tín hiệu

in in

in

V P

L

V P

R

2



out out in P

P

in

P K

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

Ví dụ 1.1: Tính hệ số truyền đạt của hệ thống truyền đạt năng lượng và tín

hiệu trong thang dB biết: P 1 = 1mW, P 2 = 20W, V 1 = 10mV, V 2 = 20μV, I 1 = 2mA, I 2 = 0,5A

dB P

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

 Giá trị tham số biểu diễn bằng dB cho biết giá trị của tham

số đó so với giá trị đơn vị chuẩn

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

 Cường độ điện trường E [V/m], từ trường H [A/m]

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

II.1 Tổn hao công suất trên đường truyền

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

 Xét một đường dây dài đều làm việc ở chế độ xác lập điều hòa

 Phương trình mô tả sóng điện áp và dòng điện trên đường dây có dạng:

Z C: tổng trở sóng của đường dây α: hệ số tắt [Np/m]

β: hệ số pha [rad/m]

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

II.1 Tổn hao công suất trên đường truyền

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

II.1 Tổn hao công suất trên đường truyền

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

 Công suất truyền đạt tại vị trí z trên đường dây

av

*

1 ( ) Re[ ( ) ( )]

 v 0 : vận tốc truyền sóng trong chân không (3.108 m/s)

ɛ r: hằng số điện môi của các chất điện môi

μ r: hệ số từ thẩm

 Tổn hao trên đường truyền gồm 2 nguyên nhân:

 Tổn hao trên điện dẫn

 Tổn hao trên điện môi

 Điện trở của dây dẫn tăng tỉ lệ với  giá trị tổn hao trên đường truyền được tính theo từng giá trị tần số làm việc của tín hiệu

f

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

II.1 Tổn hao công suất trên đường truyền

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

 Khi tải hòa hợp: Trên đường dây chỉ có sóng thuận

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

II.1 Tổn hao công suất trên đường truyền

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

 Các nhà sản xuất cáp điện sẽ cũng cấp hệ số tổn hao công suất của cáp

L dB

 Hệ số tắt:

dB loss

Tổn hao công suất tính trên 1 đơn

vị độ dài của nhà sản xuất

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

II.2 Đặc tính nguồn tín hiệu

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

 Các nguồn tín hiệu (xung, hình sin) đều có thể được mô hình hóa thành sơ đồ mạng 1 cửa Thevenin:

 V OC: Điện áp hở mạch trên cửa

 R S: Điện trở của nguồn (50Ω)

 Phần lớn thiết bị đo có mô hình mạch dạng C in & R in trong đó:

 Cin = 0

 Rin = 50Ω (chuẩn công nghiệp)

= 50Ω

3I-HUST

II Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và EMC

II.2 Đặc tính nguồn tín hiệu

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu & EMC

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu &

tương thích điện từ

III Yêu cầu trong thiết kế chống nhiễu và EMC

 Các yêu cầu trong thiết kế EMC gồm 2 nhóm

 Các yêu cầu (chính sách) của các cơ quan nhà nước

 Nhằm mục đích giảm sự tác động, gây nhiễu giữa các thiết bị,

hệ thống

 Một thiết bị, hệ thống điện sẽ có được thị trường nếu nó thỏa mãn các yêu cầu của nước sở tại

 Thỏa mãn các yêu cầu này không đồng nghĩa với việc thiết bị

đó không gây nhiễu (chống nhiễu) với (từ) các thiết bị khác

 Các yêu cầu này là bắt buộc đối với mỗi nhóm sản phẩm

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu &

tương thích điện từ

III Yêu cầu trong thiết kế chống nhiễu và EMC

 Các yêu cầu trong thiết kế EMC gồm 2 nhóm

 Các yêu cầu (chính sách) của các cơ quan nhà nước

Ví dụ: Cục tần số vô tuyến là tổ chức … thực thi nhiệm vụ quản lý nhà nước chuyên ngành về tần số vô tuyến điện trên cả nước

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu &

tương thích điện từ

III Yêu cầu trong thiết kế chống nhiễu và EMC

 Các yêu cầu trong thiết kế EMC gồm 2 nhóm

 Các yêu cầu của các nhà sản xuất

 Hướng đến từng sản phẩm cụ thể

 Đảm bảo chất lượng, độ tin cậy, độ bền của sản phẩm

 Thỏa mãn các yêu cầu của người tiêu dùng

Các yêu cầu EMC là yếu tố quan trọng giúp cho các thiết bị điện có

được vị trí và mở rộng được thị trường

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu &

tương thích điện từ

III Yêu cầu trong thiết kế chống nhiễu và EMC

 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế EMC

 Chống nhiễu đối với các điều kiện làm việc đặc biệt của thiết bị:

 Bộ thu phát AM/FM, radar hoạt động gần các đường dây truyền tải cao áp, nhiễu từ nguồn cung cấp: Sét, chập mạch, ngắn mạch, đóng cắt các tải công suất lớn

 Phóng điện (ESD): Thiết bị số, vi mạch tích hợp, mạch nhớ …

 Chi phí sản xuất cho thiết bị đảm bảo tính cạnh cao của thiết bị

 Khả năng tiêu thụ của sản phẩm: Chất lượng, tính năng, mẫu mã, giá thành, thói quen tiêu dùng …

 Kế hoạch phát triển sản phẩm: Chiến lược kinh doanh, mẫu mã mới, tính năng mới …

3I-HUST

Chương 1: Giới thiệu chung về nhiễu &

tương thích điện từ

III Yêu cầu trong thiết kế chống nhiễu và EMC

 Ưu điểm của thiết kế EMC

 Giảm thiết các chi phí bổ sung khi thiết kế thiết bị phù hợp với các yêu cầu về EMC

 Đảm bảo kế hoạch phát triển dài hạn sản phẩm

 Đảm bảo sự hoạt động ổn định của sản phẩm trong các điều kiện thực tế khác nhau