Elektromagnētiskais lauks stacionārā datortehnikā

 

Mūsdienu cilvēks savu ikdienu nevar iedomāties bez elektronikas. Tā ir kļuvusi par neatņemamu sastāvdaļu visās sadzīves sfērās. Vienlaikus aizvien aktuālāka ir iekārtu elektromagnētiskā saderība, t. i., kā iekārta var pilnvērtīgi funkcionēt un neiespaidot citu iekārtu funkcionalitāti vai darbības parametrus.

 

Elektromagnētiskie traucējumi

Pēc būtības runa ir par imunitāti un elektromagnētiskajiem traucējumiem. Tos iedala izstarotajos un konduktīvajos (inducētajos). Iekārta izstaro traucējumus radiofrekvenču diapazonā, līdzīgi kā radiostacijas lietderīgos signālus, kurus uztver radioaparāts. Traucējumi ir jebkurš nevēlams signāls, un praktiski tie aizņem visu atlikušo frekvenču diapazonu un vēl pārklājas ar lietderīgajiem signāliem.

Konduktīvajiem traucējumiem ir līdzīgs raksturs kā izstarotajiem, tikai zemās frekvencēs, un tie pārsvarā izplatās jebkurās kabeļu sistēmās, tai skaitā elektrobarošanas tīklos. Katru šo ierīci no radiofrekvenču viedokļa var pielīdzināt trokšņu ģeneratoram, kas darbības laikā raida traucējumus elektrotīklā. Vairums sadzīves un biroja ierīču pievieno elektrobarošanas tīklam: TV, DVD ierīces, mājas kinozāles, radioaparātus, personālos datorus, projektorus u. c. Sadzīvē un birojos komplicētākā ierīce ir personālais dators, kas strauji ienāk ikdienā un sastopams ik uz soļa. Balstoties uz šo faktu par pētījuma avotu tiek izvēlēti datori un to barošanas bloki.

 

Traucējumu daba un tos reglamentējošie standarti

Konduktīvos elektromagnētiskos traucējumus var iedalīt sinfāzes un asinfāzes (diferenciālos) traucējumos. Asinfāzes traucējumi izplatās pa vadītāju pāri, kuri nosacīti veido noslēgtu kontūru (pozitīvais/negatīvais vads, fāze/neitrāle vads). Asinfāzes traucējumus izraisa spriegums, kas, krītot uz ekvivalento virknes pretestību, veido strāvas un induktivitāti ieejas filtra kondensatoros straujās (impulsveida) sprieguma izmaiņās īsā laika intervālā. Šos traucējumus var novērst, ierīces filtros izmantojot kvalitatīvus kondensatorus ar zemu virknes pretestību un induktivitāti.

Sinfāzes traucējumi izplatās pa vadītāju grupām vienā virzienā un pa zemi vai citu vadītāju grupu pretējā virzienā. To ceļš noslēdzas caur parazītiskajām kapacitātēm un mijinduktivitātēm. Impulsa barošanas blokos tiek ģenerēti elektriski traucējumi, kad ķēdei ar impulsveida izmaiņām ir nozīmīga parazītiskā kapacitāte attiecībā pret zemi, korpusu vai spēka pusvadītāja dzesēšanas radiatoru. Magnētiskie traucējumi tiek ģenerēti, ja vadītājam ar impulsveida darbību ir mijinduktivitāte ar blakus vadītājiem, kā rezultātā tajos tiek inducēti sinfāzes traucējumi. To rašanos var samazināt, samazinot parazītisko kapacitāti starp spēka pusvadītājiem un dzesējošiem radiatoriem, starp transformatora primāro un sekundāro tinumu.

Mūsdienās pastāv plašs standartu spektrs, kas ietver augstfrekvences konduktīvo traucējumu robežvērtības industriālām, mājsaimniecības un militārām ierīcēm. Eiropā augstfrekvences traucējumu robežvērtības norādītas standartos (EN55011 Industriālo, zinātnisko un medicīnisko iekārtu elektromagnētisko traucējumu raksturlielumi A klase un B klase, EN55022 Informācijas tehnoloģisko iekārtu radiotraucējumu raksturlielumi, robežvērtības un mērīšana, EN55014 Prasības sadzīves ierīcēm, elektriskajiem instrumentiem u. c.). ASV ir spēkā Federālās sakaru komisijas (FCC) izdotie elektromagnētiskās saderības standarti ar atšķirīgām elektromagnētisko traucējumu robežvērtībām nekā Eiropas standartos gan A klases, gan B klases ierīcēm. Pastāv arī militārie standarti ar atšķirīgiem frekvenču diapazoniem un robežvērtībām.

Parasti Eiropas standartos augstfrekvences konduktīvo traucējumu emisija tiek norādīta frekvenču diapazonā no 150 kHz līdz 30 MHz. Pieļaujamā emisija ir robežās no 46 dBuV līdz 79 dBuV. Šīs robežvērtības tiek lietotas, veicot mērījumus ierīces barošanas ieejā vai datu pārraides līnijām, atbilstību pārbauda, ievietojot LISN (līnijas pretestības stabilizācijas tīkls) starp maiņstrāvas barošanas tīklu un testējamās iekārtas barošanas ieeju. Izmērītās vērtības atbilst sprieguma līmenim, kas reģistrēts uz jebkura ieejas barošanas vada, kas terminēta ar 50 [Ω] pretestību attiecībā pret zemējumu. LISN iepriekš norādītajā frekvenču diapazonā traucējumiem uzrāda konstantu 50 [Ω] pretestību.

Ir nekorekti uzskatīt, ka no CE marķētām detaļām vai daļām salikta datorsistēma automātiski ir marķējama ar CE atbilstības zīmi. Atbilstības mērījumu pārskata ietvaros tiek piedāvāti Latvijā importēto stacionāro datoru impulsu barošanas bloku (BB) konduktīvo traucējumu mērījumi uz atbilstību Eiropas Savienības (ES) sertifikātam (CE). Konduktīvie traucējumi ir radiofrekvenču traucējumi, kas tiek inducēti no BB vai izplatās pa barošanas ķēdi vadītājos 150 kHz – 30 MHz diapazonā, šajā gadījumā ~220 V barošanas tīkla kabeļos, tai skaitā arī zemējuma kontūrā.

 

Mērījumi

Mērīšanas procedūra tika veidota atbilstoši CISPR11 (Industriālā, zinātniskā un medicīnas aparatūra), CISPR14 (Mājsaimniecības ierīces) un CISPR22 (Informācijas tehnoloģiju iekārtas) prasībām, kas atbilstoši ES prasībām ir EN 55011, EN 55014 un EN 55022 Class B (Informācijas tehnoloģiju iekārtas) standartā. Iepriekš minēto standartu prasības ir izstrādātas, elektronikas inženieriem sadarbojoties ar mediķiem, no kā secināms, ka ilgstoša normu pārkāpšana atstāj iespaidu arī uz lietotāju veselību.

Ražotāji, izstrādājot ierīces, cenšas tās veidot imūnas pret šādiem traucējumu avotiem, kas definēti ar standartu normatīviem, tāpēc normu pārkāpšana var traucēt, padarīt nestabilu vai paralizēt citu ierīču darbību, kas projektētas, balstoties uz standartiem. Šāds traucējumu noturības aspekts ir sevišķi svarīgs medicīnas aparatūrai. Mērāmajām ierīcēm tika izmantoti Latvijā pieejamie datoru komponenti, no kuriem tika salikti trīs datoru komplekti, sk. 1. tabulu un 1. attēlu:

 

1. tabula.     

	ASrock	Asus	Gigabyte
Pamatplate	ASrock 775VM800	ASUS P5GDC	Gigabyte GA-8AENXP-D
Procesors	Intel 2,0GHz, FSB 800	Intel 3,2GHz, FSB 800	Intel 3,4GHz, FSB 800
Atmiņa	Apacer DDR400, 512MB	Kingston KVR533, 1GB	Kingston KVR533, 1GB
Video	Integrēts	ATI Radeon X550	ATI Radeon X700
Cietnis	maxtor 6L120M0	Maxtor STM380811AS	Maxtor STM380811AS
Mīkstnis	Samsung 1,44"	Sony 1,44"	Sony 1,44"
Optikas iekārta	LG	LiteOn SOHW-1673S	LiteOn SOHW-1673S
Korpuss	ACC	Codegen 6C28BS-U	Codegen 6C28BS-U

 

1.att.

 

Lai mazinātu mērīšanas kļūdu, mērīšanai tika izmantota katram komplektam vienota perifērija, viena veida monitors, pele, tastatūra, datora korpuss un 2-3 viena veida BB. Atbilstoši 1. tabulas komplektācijai tika veikti jaudas patēriņa mērījumi slodzē un tukšgaitā ar mērījuma kļūdu 1,8 %, kā ekvivalentu izvēloties HEC ražotos barošanas avotus, sk. 2. tabulu:

 

2.tabula.                                                       

Komplektācija	Patēriņš, tukšgaitā [W]	Patēriņš, noslogots [W]
ASrock	85,5	126,00
Asus	135,00	189,00
Gigabyte	173,25	227,25

 

Mērījumi tika veikti LEITC¹ bez atbalss kamerā, mērīšanas aparatūra, sk. 3. tabulu:

 

3.tabula.                                                                          

Mērierīces	Ražotājs, modelis
Bezatbalss kamera	Frankonia SAC3
Testa uztvērējs	R&S ESIB 26
Tīkla ekvivalents	R&S ESH2-Z5
Tīkla ekvivalents	R&S ESH2-Z5

 

Rezultāti tika apkopoti grafiku formā, jaudas vienībās [dBμV], frekvenču diapazonā no 150 kHz līdz 500 kHz (1.d.), no 500 kHz līdz 5 MHz (2.d.) un no 5 MHz līdz 30 MHz (3.d.), ar mērīšanas precizitāti 1[dB]. Lai mērīšanas rezultāti būtu pārskatāmi, tie tika apkopoti tabulās atbilstoši komplektācijām un mērīšanai lietotajam barošanas avotam, sk. 4. tabulu:

ASrock

Asus

Gigabyte

Nr.pk.

Ražotājs

Modelis

Kop. jauda [W]

Filtri

1.d.

2.d.

3.d.

1.d.

2.d.

3.d.

1.d.

2.d.

3.d.

1

Asus

GPS-400AB REV 00F

400

N.A.

o

ox

o

o

ox

o

o

ox

o

2

Chieftec

GPS-500AB

500

Active PFC

o

ox

o

o

ox

o

o

ox

o

3

Fortron

FSP500-60GLN

400

Active PFC

o

o

o

o

ox

o

o

ox

o

4

HEC

HEC-350AR-PTF

350

Passive PFC

o

o

o

o

o

o

o

o

o

5

HEC

Windmill PRO 400

400

Passive PFC

o

o

o

o

o

o

o

o

o

6

Mercury

AP-2500

500

Passive PFC

o

o

o

o

o

o

o

o

o

7

OCZ

OCZ500SXS

500

Active PFC

o

o

o

o

ox

o

o

ox

o

8

Sweex

BA000060

400

N.A.

x

x

o

x

x

o

x

x

o

9

Trust

PW-5110

370

N.A.

xx

xx

o

xx

xx

o

xx

xx

o

10

Zalman

ZM600-HD

600

Active PFC

o

o

o

o

o

o

o

o

o

4. tabula.

 

4. tabulas datoru komplektācijas un atbilstošā BB saderības atšifrējums, sk. 5. tabulu:

 

Apzīmējums	EN 55011/14/22 Class B
O	Iekļaujas standartu prasībās.
OX	O - ar zemējumu, X - bez zemējuma, var pretendēt uz EN 55022 Class A (Informācijas tehnoloģiju iekārtas).
X	Neiziet, ieviešot nelielu modifikāciju iespējams iekļauties standartu prasībās.
XX	Neiziet, novēršanas izmaksas līdzinās vai ir augstākas par barošanas avota izmaksu.

 

No 4. tabulas datiem var novērtēt, cik efektīvi ir BB lietotie filtri, kas tiešā veidā iespaido spēju slāpēt konduktīvos traucējumus. Lai būtu priekšstats par iegūtajiem datiem, kas ir apkopoti 4. tabulā un kā tie tika iegūti, sk. 2. un 3. attēlu.

 

 

 

Kopsavilkums

 

          Apkopojot iegūtos datus, var secināt, ka Latvijā elektronikas tirgus nav ideāls, ir iespēja iegādāties ierīces un to komplektus, kuru parametri neatbilst Eiropas CE prasībām.

Datoru impulsu BB ražotāji ir projektējuši blokus tā, ka, apvienojot BB ekrānu ar datora korpusu, tiek panākts papildu ekranējuma un slāpējošs konduktīvo traucējumu efekts. Tādēļ tādas datoru korpusu modifikācijas kā stiklšķiedras, organiskā stikla vai koka ir pakļautas augstākam izstaroto, kā arī konduktīvo traucējumu riskam. Šeit jāpiebilst, ka brendu datoriem, kas nav iekļauti šajā pārskatā, ir krietni labāki parametri arī traucējumu noturības ziņā, izņemot gadījumus, ja komplektēšana veikta ārpus brenda ražotnēm.

No 4. tabulas datiem redzams, ka daži BB ražotāji, piemēram, 1. un 2. BB gadījumā, ir atstājuši oriģinālo ražotnes modeļa sērijas numuru, kas patiesībā ir Delta electronics produkcija. Līdzīga situācija ir arī ar BB 3. un 6., tiem ir viens autors, tikai korpusi dažādās krāsās un dažādi tirgotāji. BB 7. un 8. pēc ražotāju dokumentācijas ir paredzēti lietošanai komunikāciju aparatūrā, tomēr, piemērojot mērīšanas procedūru atbilstoši CISPR22 Class A (EN 55022 Class A – Informācijas tehnoloģiju iekārtas), iekļāvās tikai 7. BB. Papildus BB 7. un 8. dokumentācijā ir jābūt brīdinājumam, ka šī ierīce ir lietojama tikai komunikāciju aparatūras barošanai atsevišķi no sadzīves ierīcēm un ir paredzēta profesionālai lietošanai, jo spēj traucēt citas aparatūras darbību. Šāds brīdinājums 7. un 8. BB dokumentācijā nav atrodams.

BB 1.-3. un 6. pārsniedz konduktīvo traucējumu normas tikai gadījumā, ja nav PE (Protective Earth) pieslēguma, rezultātā to pievienošana elektrotīklam ar PE < 4[Ω] konduktīvo traucējumu pārsniegšana nav kritiska.

 

1 – LEITC (Latvijas Elektronikas iekārtu testēšanas centrs), SP 1/2007.

 

Mg.sc.ing. Vladimirs NOVIKOVS

Ing., Mg.sc.ing. Andris RUŠKO