Influence of ageing on the EMC performance of electronic equipment

Abstract

Dado o elevado número de aparelhos electrónicos que estão em constante funcionamento nosdias que correm, a Compatibilidade Eletromagnética (CEM) é uma área fulcral para que sejapossível utilizar de forma harmoniosa todos estes aparelhos electrónicos no dia-a-dia. A CEMé um ramo da engenharia que estuda a geração, receção e propagação de energia eletromagnética sendo que, este tem como objetivo o funcionamento, de forma satisfatória, de qualqueraparelho no seu ambiente eletromagnético sem causar distúrbios inaceitáveis nesse mesmoambiente. As normas do Comité Internacional Spécial des Perturbations Radioelectriques(CISPR) regem os aparelhos fabricados com vista à comercialização na Europa, para queestes mesmos sejam testados no seu início do ciclo de vida e postos no mercado. Apesar de,em termos normativos, a CEM dos aparelhos dever ser garantida durante o seu tempo devida útil, o comportamento destes engenhos ao longo do seu tempo de vida é desconhecido.As Fontes de Alimentação Comutadas são aparelhos que devido ao seu design complexogeram alguma interferência eletromagnética. Assim, o foco desta dissertação será estudar ocomportamento deste tipo de fontes ao nível do seu desempenho de CEM, mais especificamenteem termos de emissões conduzidas, após o seu envelhecimento numa plataforma deenvelhecimento. É também estudado o comportamento elétrico e térmico de alguns componentesde forma a tentar compreender de onde eventualmente poderão ser provenienteseventuais alterações de comportamento eletromagnético de emissões conduzidas.Por forma a envelhecer as fontes de alimentação comutadas foram efectuados vários blocosde comutações, ligando e desligando as fontes com um período tempo definido. Este processofoi efectuado em dois conjuntos de fontes novas de duas marcas diferentes. Cada um destesconjuntos teve fontes envelhecidas em vazio bem como fontes envelhecidas enquanto ligadasa uma carga. Após cada conjunto de comutações foram efectuados os testes de conformidadede emissões conduzidas, para poder avaliar se o desempenho destas mesmas fontes sofreualterações devido ao envelhecimento elétrico.Alguns dos componentes destas fontes demonstraram comportamentos térmicos diferentesestando as fontes ligadas de forma continua ou sendo as fontes ligadas e desligadasciclicamente.As fontes de alimentação envelhecidas em vazio demonstraram poucas alterações a níveldo seu comportamento em termos de emissões conduzidas, enquanto que as fontes envelhecidasligadas a uma carga demonstraram uma notória alteração no seu comportamento,chegando mesmo a ultrapassar os limites padrão de CEM que devem ser respeitados a nívelinternacional.O trabalho desenvolvido demonstrou que o envelhecimento dos equipamentos influenciouas medições de emissões conduzidas.

Considering the large number of electronic devices available nowadays in our surroundings,Electromagnetic Compatibility (EMC) is a very important area which allows a harmonioususe of all these equipments on our daily lives. EMC is the engineering branch that studiesgeneration, reception and propagation of electromagnetic energy. Its purpose the functioning,in a satisfactory way, of any device in its electromagnetic environment without causingdisturbances on that same environment. The Comité Internacional Spécial des PerturbationsRadioelectriques (CISPR) regulates manufactured apparels aimed to be commercialized inEurope. These same equipment are tested in the design and beginning phases of their lifecycles and sent to the marketplace. Although, in normative terms, the EMC performance ofthese devices must be guaranteed during their useful life cycle, the behavior of these devicesthroughout their continuous use is unknown.Switch-Mode Power Supplies are devices that, due to its complex design, are propitiousto generate a considerable amount of electromagnetic interference. This fact turns the focusof this dissertation to be the study of the EMC performance behavior, in terms of conductedemissions, of these power supplies after the use of an electrical ageing platform. The electricaland thermal behavior is studied in order to try to understand where and why any conductedemissions changes might come from if they happen.In order to age a Switch-Mode Power Supply (SMPS), several blocks of "on-off" iterationshave been performed with a prede ned "on-off" time. This process was executed on two setsof new, o the box, power supplies of two di erent brands. These two sets of units, wereaged with load and without load. After each block of iterations, EMC compliance tests werecarried out to and out if the EMC performance, in termos of conducted emissions, of thesesame power supplies changed because of the electrical ageing.Some of the internal components of these SMPSs displayed di erent thermal behavior onpower supplies that were continuously turned on with those switched on and off repeatedly.Power supplies aged without a load have shown only small di erences in their EMCconducted emissions performance while aged power supplies with a load exhibited signi cantchanges in their EMC conducted emissions behavior, even exceeding the EMC standard limitsfor conducted emissions that must be met internationally.The present work showed that the ageing of electronic devices afects their conductedemissions measurements.