Simulação de campo magnético de frequência de potência em projeto de produtos eletrônicos: características de imunidade e requisitos de teste

Sumário
No campo em rápido desenvolvimento do desenvolvimento de produtos eletrônicos, a compatibilidade eletromagnética (CEM) tornou-se uma preocupação essencial. Um dos testes críticos para garantir que os dispositivos eletrônicos possam suportar interferência eletromagnética (EMI) é a exposição a campos magnéticos de frequência de energia, tipicamente a 50 Hz ou 60 Hz. Este artigo explora a importância de simulação de campo magnético de frequência de potência no projeto e teste de produtos eletrônicos, com foco nas características de imunidade e nos padrões de teste que orientam o desenvolvimento do produto. Atenção especial é dada à LISUN PFM61000-8A Gerador de Campo Magnético como ferramenta para simulação de campos magnéticos em conformidade com os padrões internacionais de compatibilidade eletromagnética (EMC). O artigo inclui requisitos de teste específicos, principais considerações de projeto e melhores práticas, apoiados por dados tabulares detalhados e estudos de caso reais.

1. Introdução
À medida que os dispositivos eletrônicos se tornam menores e mais integrados, sua vulnerabilidade à interferência eletromagnética (EMI) aumenta. Campos magnéticos de frequência de energia, normalmente operando a 50 Hz ou 60 Hz, são uma fonte prevalente de EMI em ambientes industriais, comerciais e residenciais. Para garantir que os produtos eletrônicos funcionem de forma confiável nesses ambientes, os fabricantes devem avaliar e validar sua imunidade a esses campos magnéticos de baixa frequência por meio da simulação de campo magnético de frequência de energia.

Este artigo investiga os requisitos de teste para imunidade de campo magnético de frequência de energia, com foco nas características de imunidade necessárias para o projeto do produto e o papel do equipamento de teste avançado, como o LISUN PFM61000-8A Gerador de campo magnético na simulação dessas condições.

2. Contexto e importância dos campos magnéticos de frequência de energia

2.1 Natureza dos campos magnéticos de frequência de energia

Campos magnéticos de frequência de energia são campos magnéticos alternados de baixa frequência gerados por correntes elétricas que fluem através de condutores, transformadores e sistemas de energia. Na maioria das regiões, esses campos oscilam a 50 Hz (Europa, Ásia) ou 60 Hz (América do Norte). Embora esses campos não sejam tipicamente perigosos para os seres humanos, eles podem induzir correntes e tensões indesejadas em circuitos eletrônicos sensíveis, causando mau funcionamento, corrupção de dados e até mesmo danos permanentes.

Esses campos magnéticos são mais comumente encontrados perto de:

• Linhas de distribuição de energia
• Motores e transformadores elétricos
• Eletrodomésticos
• Máquinas industriais

Para que os dispositivos eletrônicos operem de forma confiável, eles devem demonstrar resiliência a essas perturbações eletromagnéticas.

2.2 Por que a simulação do campo magnético de frequência de energia é crítica

A simulação de campos magnéticos de frequência de energia é essencial para replicar ambientes eletromagnéticos reais em ambientes controlados. Ao simular esses campos magnéticos, os engenheiros podem avaliar a suscetibilidade dos dispositivos a perturbações eletromagnéticas e fazer as modificações de projeto necessárias para melhorar a imunidade. Os testes em condições simuladas garantem que os produtos atendam aos padrões internacionais de compatibilidade eletromagnética (EMC), o que é fundamental para a aprovação no mercado e a segurança do consumidor.

3. Padrões e Metodologias de Teste

3.1 Padrões EMC Internacionais

Diversas normas internacionais regem a imunidade de produtos eletrônicos a campos magnéticos de frequência de energia. As principais normas incluem:

Essas normas definem as intensidades de campo magnético necessárias, as condições de teste e os critérios de desempenho para dispositivos eletrônicos expostos a campos magnéticos de baixa frequência.

3.2 Configurações de teste e condições de teste

A norma IEC 61000-4-8 descreve a configuração para testes de campo magnético em frequência de energia. O dispositivo em teste (DUT) é colocado em um campo magnético gerado por uma bobina de Helmholtz ou gerador de campo magnético similar. A intensidade do campo magnético, normalmente variando de 1 A/m a 100 A/m, é ajustada de acordo com o ambiente pretendido para o dispositivo.

Visão geral da configuração do teste:

A duração do teste e a intensidade do campo dependem do ambiente pretendido para o produto (residencial, industrial ou comercial). Os dispositivos são testados em todas as três direções ortogonais (X, Y e Z) para garantir testes completos em diferentes orientações espaciais.

PFM61000-8A_Gerador de Campo Magnético

4. Características de imunidade no projeto de produtos eletrônicos

4.1 Considerações de projeto para imunidade a campos magnéticos

Projetar dispositivos eletrônicos com imunidade a campos magnéticos de frequência de energia envolve várias estratégias, incluindo:

• Blindagem: Uso de blindagens magnéticas (como Mu-metal) para bloquear campos magnéticos externos e impedir que eles afetem circuitos internos sensíveis.
• Aterramento: Aterramento adequado dos circuitos para fornecer um caminho seguro para correntes induzidas.
• Sinalização diferencial: uso de pares diferenciais para transmissão de sinal, o que ajuda a reduzir a suscetibilidade ao ruído de modo comum induzido por campos magnéticos.
• Seleção de componentes: Utilização de componentes com alta imunidade a campos magnéticos de baixa frequência, como capacitores e indutores resistentes a campos magnéticos.

4.2 Critérios de Desempenho de Teste

O desempenho do DUT é avaliado com base nos seguintes critérios durante a exposição ao campo magnético de frequência de energia:

A maioria dos produtos visa atender ao Critério A, que indica que o dispositivo pode funcionar conforme o esperado, sem problemas, nas condições de campo magnético testadas.

5. Equipamento de simulação de campo magnético de frequência de energia

5.1 LISUN PFM61000-8A Gerador de campo magnético

A LISUN PFM61000-8A O Gerador de Campo Magnético é um sistema de teste avançado projetado para simular campos magnéticos de frequência de energia para testes de EMC. Ele está em conformidade com a norma IEC 61000-4-8 e é capaz de gerar campos magnéticos de até 100 A/m, adequado para testar diversos dispositivos eletrônicos. O equipamento utiliza uma bobina de Helmholtz ou uma bobina solenoide para produzir um campo magnético homogêneo na área de teste.

Características principais do PFM61000-8A:

A PFM61000-8A foi projetado para testes contínuos e transitórios, com intensidades de campo e tempos de duração ajustáveis ​​para atender a uma variedade de requisitos de testes de produtos.

6. Estudo de caso: Teste de imunidade de campo magnético de frequência de energia

6.1 Cenário: Testando um dispositivo doméstico inteligente

Um termostato inteligente é projetado para uso doméstico e deve operar de forma confiável em ambientes onde possa ser exposto a campos magnéticos de frequência de energia, como próximo a sistemas de climatização (HVAC) ou painéis elétricos. O dispositivo foi submetido a uma simulação de campo magnético de frequência de energia usando o LISUN PFM61000-8A gerador.

Parâmetros de teste:

Resultados do teste:

O termostato inteligente passou com sucesso no teste de imunidade, exibindo degradação temporária, mas se recuperando automaticamente dentro da duração especificada do teste.

7. Desafios e Soluções

7.1 Desafios na simulação de campo magnético

• Geração de campo uniforme: garantir que o campo gerado seja uniforme em grandes DUTs pode ser difícil.
• Requisitos de alta potência: gerar intensidades de campo mais altas geralmente requer potência substancial, o que gera desafios logísticos.
• Simulação realista: simular com precisão condições ambientais com diferentes orientações de campo pode ser complexo.

7.2 Soluções e Melhores Práticas

• Utilize projetos avançados de bobinas, como bobinas de Helmholtz, para melhorar a uniformidade do campo.
• Incorpore sistemas de teste automatizados para reduzir erros manuais e melhorar a reprodutibilidade.
• Calibre regularmente o equipamento de teste para garantir precisão e conformidade com os padrões.

8. Conclusão
Simulação de campo magnético de frequência de potência é um elemento crucial no projeto e teste de produtos eletrônicos, garantindo sua resiliência à interferência eletromagnética. O uso de ferramentas avançadas como a LISUN PFM61000-8A O Gerador de Campo Magnético permite que engenheiros criem ambientes controlados que reproduzem condições reais, permitindo testes e validação completos da imunidade do produto. À medida que os produtos eletrônicos se tornam mais integrados e complexos, a importância dos testes de imunidade de campo magnético continuará a crescer, garantindo que os dispositivos funcionem de forma confiável nos ambientes pretendidos.

Referências
• IEC 61000-4-8: Compatibilidade eletromagnética (EMC) – Parte 4-8: Técnicas de teste e medição – Teste de imunidade de campo magnético de frequência de energia.
. LISUN Grupo. Página do produto do gerador de campo magnético: https://www.lisungroup.com/produtos/sistema-de-teste-emi-e-emc/gerador-de-campo-magnético.html
• EN 61000-6-2: Normas genéricas – Imunidade para ambientes industriais.
• ANSI C63.4: Norma Nacional Americana para Teste de Compatibilidade Eletromagnética de Produtos Eletrônicos.