ما هي الشبكة الاصطناعية في مجال التوافق الكهرومغناطيسي؟

المستخلص:فهم ما هي الشبكة الاصطناعية في EMC؟ يُعدّ الاختبار أساسيًا لإجراء قياسات التداخل الكهرومغناطيسي الموصل (EMI) القابلة للتكرار. توفر الشبكة الاصطناعية، والمعروفة أيضًا باسم شبكة تثبيت مقاومة الخط (LISN)، واجهة مقاومة موحدة بين شبكة الطاقة الرئيسية والمعدات قيد الاختبار (EUT).

تقدم هذه الورقة تحليلاً تقنياً للشبكات الاصطناعية، وتغطي المبادئ التشغيلية والمعايير التنظيمية (CISPR 16-1-2، CISPR 15، EN55022وتشمل المناقشة اعتبارات التصميم الهندسي، بما في ذلك تثبيت المعاوقة، ومتطلبات العزل، وآليات الاقتران. علاوة على ذلك، LISUN تُدرس سلسلة LISN كتطبيق عملي، مع نماذج تتراوح قدرتها من 5 أمبير إلى 200 أمبير، وتغطي تطبيقات أحادية الطور وثلاثية الطور ضمن نطاق التردد من 9 كيلوهرتز إلى 30 ميجاهرتز. وتختتم الورقة البحثية بإرشادات اختيار مناسبة لمختبرات اختبار التوافق الكهرومغناطيسي.

1. مقدمة

يُعد اختبار الانبعاثات الموصلة جزءًا أساسيًا من ضمان التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) للمنتجات الإلكترونية. مع ذلك، تتغير مقاومة خطوط الطاقة في الواقع العملي بتغير الموقع والوقت، مما يجعل القياسات المباشرة غير قابلة للتكرار. تعمل الشبكة الاصطناعية - والتي يُشار إليها غالبًا بشبكة تثبيت مقاومة الخط (LISN) - على حل هذه المشكلة من خلال توفير مقاومة محددة وثابتة للجهاز قيد الاختبار (EUT) عبر نطاق التردد المطلوب (عادةً من 9 كيلوهرتز إلى 30 ميجاهرتز). كما أنها تعزل القياس عن الضوضاء المنقولة عبر التيار الكهربائي، وتوصل إشارات التداخل بمستقبل EMI. تستكشف هذه الورقة الأسس التقنية للشبكات الاصطناعية، والمعايير الدولية ذات الصلة، والاعتبارات الهندسية التي تضمن دقة وتكرار قياسات الانبعاثات الموصلة.

2. إطار المعايير التنظيمية

2.1 CISPR 16-1-2: المواصفات الأساسية

يُعدّ معيار CISPR 16-1-2 المعيار الأساسي الذي يُحدد متطلبات الأداء للشبكات الاصطناعية. ويُحدد هذا المعيار المعاوقة الاسمية (50 أوم)، وتفاوت المعاوقة، والعزل (فقد الإدخال)، وخصائص الاقتران. يجب أن تستوفي جميع شبكات LISN المتوافقة هذه المتطلبات ضمن نطاق التردد المُحدد. كما يُغطي المعيار الشبكات الاصطناعية غير المتماثلة (AANs) وشبكات الاقتران/فك الاقتران للانبعاثات (CDNE) للترددات العالية.

2.2 معايير الانبعاثات الخاصة بالمنتج

تعتمد عائلات المنتجات على معيار CISPR 16-1-2 لأجهزة القياس عند تحديد حدود الانبعاثات الخاصة بها. على سبيل المثال:

• CISPR 15 / EN55015 ينطبق هذا على معدات الإضاءة.
• CISPR 32 / EN55022 ينطبق هذا على معدات تكنولوجيا المعلومات.
• GB 17743-2007 هو المكافئ الصيني لمعدات الإضاءة.
• يتطلب الجزء 15 من قانون الاتصالات الفيدرالية في الولايات المتحدة أيضًا أن تتوافق شبكات LISN مع معيار CISPR 16-1-2.

يجب التحقق من صحة الشبكات الاصطناعية المستخدمة في اختبارات الامتثال وفقًا لهذه المعايير؛ LISUN تنص سلسلة LISN صراحةً على الامتثال لمعيار CISPR 16-1-2، ولجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC). EN55015و EN55022.

3. المبادئ التقنية الأساسية

3.1 تثبيت المعاوقة وطوبولوجيا الشبكة

تُقدّم الشبكة الاصطناعية مقاومة قدرها 50 أوم للجهاز قيد الاختبار عبر نطاق القياس. ويتحقق ذلك من خلال بنية شبكة على شكل حرف V تتكون من ملف حث موصول على التوالي (عادةً 50 ميكروهنري أو 250 ميكروهنري) ومكثفات موصولة على التوازي، وتنتهي بمقاومة قدرها 50 أوم عند منفذ القياس. يعمل ملف الحث على حجب ضوضاء الترددات اللاسلكية من التيار الكهربائي الرئيسي مع تمرير تيار بتردد الطاقة؛ بينما توفر المكثفات مسارًا منخفض المقاومة إلى الأرض لإشارات الترددات اللاسلكية. LISUN تقوم سلسلة LISN بتنفيذ شبكة 50 Ω/50 μH (مع 5 Ω إضافية في النماذج أحادية الطور) لتلبية متطلبات CISPR 16-1-2.

3.2 أداء العزل والترشيح

يُحدد العزل (أو فقد الإدخال) مدى كفاءة الشبكة في تخفيف الضوضاء القادمة من مصدر التيار الكهربائي الرئيسي. ينص معيار CISPR 16-1-2 على قيم عزل دنيا (مثلًا، >60 ديسيبل فوق 150 كيلوهرتز). يضمن العزل العالي عدم تأثير ضوضاء التيار الكهربائي المحيطة على قياس انبعاثات الجهاز قيد الاختبار. توفر شبكة الترشيح داخل شبكة LISN، التي تجمع بين المحث التسلسلي والمكثفات التوازية، هذا العزل. تستخدم شبكات LISN الاحترافية محثات مصممة بعناية (غالبًا ما تكون ذات قلب هوائي) للحفاظ على الخطية وتجنب التشبع عند التيارات العالية.

3.3 منفذ التوصيل والقياس

يتم توصيل جهد التداخل الناتج عن الجهاز قيد الاختبار بمنفذ القياس ذي المقاومة 50 أوم عبر مقسم سعوي. يجب أن يحافظ المنفذ على مقاومة دقيقة تبلغ 50 أوم لمطابقة مدخل مستقبل التداخل الكهرومغناطيسي ومنع الانعكاسات. يجب أن تتمتع مكثفات التوصيل بمقاومة متسلسلة مكافئة منخفضة (ESR) وحث منخفض (ESL) لضمان استجابة ترددية مسطحة. LISUN تم تصميم سلسلة LISN بمكونات عالية الجودة للحفاظ على سلامة الإشارة عبر نطاق 9 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز.

4. متطلبات تصميم هندسة المعدات

يتطلب تصميم شبكة اصطناعية دقيقة اهتمامًا دقيقًا باختيار المكونات والتصميم الميكانيكي والتأريض.

المحاثات: يُفضل استخدام المحاثات ذات القلب الهوائي لتجنب التشبع واللاخطية، خاصة عند التيارات العالية. يجب أن تقلل تصميمات المحاثات متعددة الطبقات ذات القلب الهوائي من السعة بين اللفات للحفاظ على الرنين الذاتي فوق 30 ميجاهرتز.

المكثفات: تُستخدم مكثفات أغشية البولي بروبيلين المعدنية بشكل شائع لحجب التيار الكهربائي الرئيسي نظرًا لانخفاض مقاومتها الداخلية (ESR) ومقاومتها العازلة العالية. تتطلب مكثفات الربط مواد عازلة مستقرة (مثل السيراميك) ذات معامل جهد منخفض.

التأريض: يُعدّ التوصيل ذو الحث المنخفض بسطح الأرض أمرًا ضروريًا. يجب أن يحتوي الهيكل على عدة مسامير تأريض، وتُستخدم أشرطة مضفرة بدلًا من الأسلاك للتوصيلات.

الإدارة الحرارية: تتطلب النماذج ذات التيار العالي (مثل 100 أمبير، 200 أمبير) تبديدًا كافيًا للحرارة لمنع الانحراف في قيم المكونات.

5. التطبيق العملي: LISUN سلسلة LISN

استخدم LISUN توفر سلسلة LISN مجموعة من الشبكات الاصطناعية التي تغطي احتياجات اختبار متنوعة، بدءًا من المعدات أحادية الطور منخفضة الطاقة وصولًا إلى الآلات الصناعية ثلاثية الطور عالية الطاقة. يلخص الجدول 1 المواصفات الرئيسية للسلسلة، كما هو موضح في وثائق المنتج.

الجدول 1. LISUN مواصفات سلسلة LISN

الموديل	الحد الأقصى الحالي	ماكس الجهد	تكوين المرحلة	نطاق الترددات	شبكة المعاوقة
LISN-A	5 و	AC / DC 250 فولت	أحادي الطور L/N/PE	9 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز	50 أوم / 50 ميكروهنري + 5 أوم
LISN-C	16 و	AC / DC 250 فولت	أحادي الطور L/N/PE	9 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز	50 أوم / 50 ميكروهنري + 5 أوم
LISN-H	36 و	AC / DC 250 فولت	أحادي الطور L/N/PE	9 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز	50 أوم / 50 ميكروهنري + 5 أوم
LISN50A-T	50 أ * 4	تيار متردد 400 فولت / تيار مستمر 600 فولت	ثلاثي الأطوار L1/L2/L3/N	150 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز	50 أوم / 50 ميكروهنري
LISN100A-T	100 أ * 4	تيار متردد 400 فولت / تيار مستمر 600 فولت	ثلاثي الأطوار L1/L2/L3/N	150 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز	50 أوم / 50 ميكروهنري
LISN200A-T	200 أ * 4	تيار متردد 400 فولت / تيار مستمر 600 فولت	ثلاثي الأطوار L1/L2/L3/N	150 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز	50 أوم / 50 ميكروهنري

جميع الطرازات متوافقة مع معايير CISPR 16-1-2 و CISPR 15، EN55015, EN55022ومتطلبات لجنة الاتصالات الفيدرالية. LISN-C يُعدّ التيار أحادي الطور (16 أمبير) خيارًا شائعًا للأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية العامة، بينما تُعنى سلسلة LISN-T بالأجهزة ثلاثية الطور مثل المحركات الصناعية وأنظمة الإضاءة الكبيرة. يبدأ نطاق التردد للطرازات ثلاثية الطور من 150 كيلوهرتز، بما يتوافق مع حدود الانبعاثات الموصلة النموذجية لهذه الأجهزة. تُزوّد ​​كل وحدة بشهادة معايرة تُثبت خصائص المعاوقة والعزل.

6. المناقشة: إرشادات اختيار مختبرات الاختبار

عند اختيار شبكة اصطناعية، ينبغي على المهندسين مراعاة ما يلي:

• معدلات التيار والجهد: يجب أن تتجاوز الحد الأقصى لمعدلات الجهاز قيد الاختبار، بما في ذلك تيار البدء.
• نطاق التردد: تأكد من أنه يغطي جميع نطاقات القياس المطلوبة (على سبيل المثال، 9 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز لمعظم المعايير التجارية؛ 150 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز للمعدات ثلاثية الطور).
• تكوين الطور: أحادي الطور مقابل ثلاثي الأطوار حسب الجهاز قيد الاختبار.
• شبكة المعاوقة: تحقق من أن الشبكة تفي بالمواصفات 50 أوم/50 ميكروهنري (أو المواصفات الأخرى المطلوبة).
• المعايرة والتتبع: اختر نماذج مزودة بشهادات معايرة معتمدة للحفاظ على سلامة القياس.
• التأريض والتكامل: ضع في اعتبارك التصميم المادي والاتصال بالمستوى الأرضي لتقليل التأثيرات الطفيلية.

استخدم LISUN توفر هذه السلسلة مجموعة شاملة من المنتجات، مما يسمح للمختبرات باختيار النموذج المناسب بناءً على هذه المعايير. على سبيل المثال، سيجد المختبر الذي يختبر بشكل أساسي معدات تكنولوجيا المعلومات أحادية الطور... LISN-C مناسب، بينما يختار المختبر الذي يختبر المنتجات الصناعية ثلاثية الأطوار... LISN100A-T or LISN200A-T.

7. اختتام

بالنسبة لأولئك الذين يسعون إلى الوضوح بشأن ما هي الشبكة الاصطناعية في EMC؟يُعدّ هذا الجهاز أداةً أساسيةً لاختبار الانبعاثات الموصلة القابلة للتكرار، حيث يوفر واجهة مقاومة موحدة، وعزلاً عن ضوضاء التيار الكهربائي، وتوصيلاً مناسباً بجهاز استقبال القياس. كما أنه متوافق مع معيار CISPR 16-1-2 ومعايير خاصة بالمنتج مثل CISPR 15 و EN55022 يُعدّ ذلك شرطاً أساسياً للحصول على نتائج اختبار صحيحة. وتؤثر الاعتبارات الهندسية - بما في ذلك خطية المحث، وجودة المكثف، والتأريض، والإدارة الحرارية - بشكل مباشر على دقة القياس. LISUN تُجسد سلسلة LISN خط إنتاج مصمم بشكل جيد يلبي هذه المتطلبات عبر مجموعة واسعة من التيارات وتكوينات الطور، مما يدعم مختبرات EMC في تحقيق بيانات امتثال موثوقة.

العلامات:LISN-C