Know How Ηλεκτρικό Σύστημα Part IX

Για τι πράγμα μιλάμε?

Η φράση «ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα» («ECM» αγγλιστί) ορίζει την ικανότητα ενός ηλεκτρικού συστήματος να παραμείνει ουδέτερο – ανεπηρέαστο, όταν άλλα συστήματα βρίσκονται στην εγγύτητά του. Στις αυτοκινητιστικές μας εφαρμογές, αυτό σημαίνει ότι τα διάφορα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα, όπως η ανάφλεξη, η τροφοδοσία, τα ABS/ESP, οι αερόσακοι, το ραδιόφωνο, το τηλέφωνο το Navi κτλ., θα πρέπει να λειτουργούν σωστά, όταν βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους, χωρίς να παρεμβάλλονται πέραν ενός επιτρεπτού επιπέδου («εσωτερική καταστολή»). Επίσης, σημαίνει ότι το όχημα στο σύνολό του ως σύστημα, με όλα αυτά να δουλεύουν μεταξύ τους ανεπηρέαστα, θα πρέπει - στον περιβάλλοντα χώρο του - να παραμένει ουδέτερο, δηλαδή δεν πρέπει να αλληλεπιδρά ούτε με άλλα αυτοκίνητα (θα μιλήσουμε άλλη φορά για το αυτοκινητιστικό hacking), ούτε με εκπομπές ραδιοτηλεοπτικές ή οποιουδήποτε είδους ασύρματες επικοινωνίες. Και από την άλλη πλευρά, όμως, το όχημά μας πρέπει να παραμένει πλήρως λειτουργικό, όταν εκτίθεται σε ισχυρά εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία, π.χ. κοντά σε ραδιοπομπούς (η λεγόμενη «ανοσία παρεμβολών»). Οι κατασκευαστές τα λαμβάνουν ΌΛΑ αυτά σοβαρά υπόψη, όταν εξελίσσουν ένα νέο ηλεκτρικό σύστημα και ολόκληρο το όχημα πρέπει να περνάει όλα τα τεστ ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας. Αυτό, για όσους νομίζουν ότι το να εξελίξεις μία πλεξούδα ή ένα πηνίο μπεκ είναι επιπέδου «VHF 2ΚΧ σε τριγωνικό ραντάρ κάτω από πιλοτική διάβαση».

Οι πηγές των παρεμβολών

Το δυναμό, όπως είδαμε αναλυτικά στις αντίστοιχες συνέχειες, παρέχει στο ηλεκτρικό σύστημα ανορθωμένο τριφασικό (σταθερό) ηλεκτρικό ρεύμα. Παρόλο που η ομαλότητα της μορφής της κυματομορφής (ως προς τις διακυμάνσεις των κορυφών των παλμών, που όλοι μαζί τείνουν να «εξομοιώσουν» το θεωρητικά 100% σταθερό ρεύμα) παρέχεται ως «παράλληλη υπηρεσία» από τη μπαταρία στο κύκλωμα, μία κάποια μίνι - πριονωτή μορφή στις παρυφές της κυματομορφής παραμένει. Το πλάτος - ένταση του παρασιτικού αυτού μικροκυματισμού του πρακτικά συνεχούς ρεύματος εξαρτάται από το συνολικό φορτίο στο ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου και την καλωδίωση αυτή καθεαυτή. Η ηλεκτρική συχνότητά του δεν μεταβάλλεται από την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα και κατ’ επέκταση του δυναμό, με τη θεμελιώδη συχνότητα (βλ. πρώτη αρμονική) της ταλάντωσης της κυματομορφής να είναι σε τάξη μεγέθους kHz. Αυτή η «φυσική» παρεμβολή μπορεί να εισχωρήσει ηλεκτρικά π.χ. στο ηχοσύστημα του αυτοκινήτου, είτε άμεσα μέσω αγωγού είτε έμμεσα με επαγωγή, όπου αντιλαμβανόμαστε την ύπαρξη της εν λόγω παρασιτικής παρεμβολής ως υψίσυχνο τσίριγμα. Οι παλμοί παρεμβολών δημιουργούνται γενικώς στις γραμμές τροφοδοσίας, όταν ηλεκτρικά φορτία ενεργοποιούνται/απενεργοποιούνται. Οδηγούνται, ακολούθως, σε προσκείμενα υποσύστηματα κατευθείαν μέσω της γραμμής τροφοδοσίας (αγώγιμη σύζευξη) και έμμεσα από τη σύζευξη των συνδεόμενων γραμμών (επαγωγική ή/και χωρητική από πυκνωτή). Εάν δεν υπάρχει συμβατότητα μεταξύ της πηγής της παρεμβολής και του υποσυστήματος - δέκτη, οι παλμοί μπορεί να προκαλέσουν τα πάντα, από μία απλή δυσλειτουργία μέχρι και πλήρη καταστροφή των γειτονικών συστημάτων. Η πολύ ευρεία γκάμα των παλμών, που λαμβάνουν χώρα σε ένα όχημα, μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε πέντε επιμέρους βασικές ομάδες. Για να αποτρέψουμε οποιαδήποτε ανεπιθύμητη παρενέργεια στο ηλεκτρικό σύστημα, πρέπει να βρεθεί μία χρυσή τομή – λύση, ώστε οι πηγές του κακού (οι πομποί παρεμβολών) να συμβαδίσουν με τις πιο επιρρεπείς - ευαίσθητες διατάξεις. Οι εντάσεις των παλμών (που είναι διαφορετικές για τα δικά μας 12βολτα και τα φορτηγίσια 24βολτα) μπορούν να χωριστούν σε περαιτέρω κατηγορίες. Όταν ορίζουμε το μέγιστο επιτρεπτό επίπεδο εκπεμπόμενης παρεμβολής, τις πηγές του παλμού και την απαραίτητη ανοσία των ευαίσθητων συστημάτων, βάζουμε μπρος μία διαδικασία αναγνώρισης «συμβατότητας» μέσω κατηγοριοποίησης όλων των πηγών παρεμβολών του οχήματος κατά τουλάχιστον μία κατηγορία κάτω απ’ όλους τους επιρρεπείς καταναλωτές (π.χ. ECU) και περιλαμβάνοτας στους ελέγχους μας ένα λόγο έντασης σήματος προς την ένταση της παρεμβολής. Η επιλογή, τώρα, της κατηγορίας της καταστολής της παρεμβολής γίνεται είτε σύμφωνα με τη δυσκολία καταστολής της, είτε με γνώμονα την υγεία του «υπό προστασία» ηλεκτρικού συστήματος.

Αυτά ως προς τους παλμούς, να περάσουμε λίγο και στις συχνότητες. Υψηλές συχνότητες συναντάμε σε πάρα πολλά ηλεκτρομηχανικά και ηλεκτρονικά υποσυστήματα, όταν βολτάζ και ρεύματα μεταβάλλονται (ψηφιακά κυκλώματα, σήματα ελέγχου - εξόδου, επικοινωνίες). Αυτές οι υψίσυχνες ηλεκτρικές ταλαντώσεις ταξιδεύουν μέσα από τα επιμέρους κυκλώματα, και ειδικότερα κατά μήκος των γραμμών τροφοδοσίας και πάλι πίσω στο ηλεκτρικό κύκλωμα του αυτοκινήτου, όπου καταφθάνουν με διαφορετικές, αλλά εξασθενημένες εντάσεις. Ανάλογα με το αν το μετρούμενο φάσμα συχνοτήτων του βολτάζ της παρεμβολής είναι συνεχές ή αποτελούμενο από επιμέρους ξεχωριστές ασυνεχείς καμπύλες, έχουμε διαχωρισμό των πηγών παρεμβολής σε δύο διαφορετικά είδη: τους παρεμβολείς «ευρέος φάσματος» (διάφορα ηλεκτρικά μοτέρ π.χ. υαλοκαθαριστήρων, βεντιλαντέρ, τρόμπας καυσίμου, δυναμό κτλ.), ή παρεμβολείς «στενού φάσματος» (κύρια ECU ή οποιαδήποτε βοηθητική - δευτερεύουσα με μικροεπεξεργαστή). Η κατηγοριοποίηση αυτή εξαρτάται από το εύρος ζώνης (bandwidth) του χρησιμοποιούμενου μετρητικού οργάνου σε σχέση με τα χαρακτηριστικά του σήματος. Οι ηλεκτρικές αυτές ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας μπορεί να είναι μόνιμος μπελάς και πηγή παρεμβολών για τα συστήματα επικοινωνίας του οχήματος. Χρησιμοποιούν το ίδιο εύρος συχνοτήτων και επίπεδο έντασης με σήματα, που πραγματικά χρειαζόμαστε και μπορούν - για πλάκα - να εισέλθουν στο σύστημα επικοινωνίας του οχήματος, είτε απευθείας από την κεραία – αισθητήρα, είτε μέσω του καλωδίου της κεραίας. Οι παρεμβολές στενού εύρους ζώνης είναι εξίσου μεγάλης σημασίας, γιατί έχουν χαρακτηριστικά σήματος πολύ κοντινά στο φάσμα των πομπών. Όσον αφορά τις ευρυζωνικές παρεμβολές, όπως των ηλεκτρικών μοτέρ, η εκπεμπόμενη παρεμβολή αξιολογείται σύμφωνα με τα βολτάζ της, που μεταφέρονται από τις γραμμές παροχής μέσω πολύ συγκεκριμένης δοκιμαστικής διάταξης. Η αξιολόγηση εν μέρει ακολουθεί, επίσης, συγκεκριμένες νόρμες – πρότυπα, όπως το CISPR 25 ή το DIN/VDE 0879 – 2, μέσω μετρήσεων με κεραία σε ανηχοϊκούς θαλάμους, που διαθέτουν επίστρωση απορρόφησης υψηλών συχνοτήτων. Οι «βαθμονομήσεις» αυτές του βολτάζ παρεμβολής και η ισχύς των συνεπαγόμενων πεδίων, που οφείλονται στα επίπεδα καταστολής των παρεμβολών, που αναφέρονται σε αυτές τις νόρμες, απλοποιούν την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα των πηγών παρεμβολών αλλά και των ευαίσθητων υποσυστημάτων, που φοράει το αυτοκίνητο από το εργοστάσιο. Αν, τώρα, το επίπεδο παρεμβολών, που αρχικά είχε πιστοποιηθεί για το εργοστασιακό πακέτο εξοπλισμού, αποδειχθεί ότι είναι «too much», όταν αρχίζουμε να βάζουμε aftermarket/έξτρα εξοπλισμό με δυνατότητες επικοινωνίας (ακούτε ραδιοπειρατές των δρόμων?!), τα μέτρα περιορισμού των παρεμβολών, που μπορούν να παρθούν, είναι πλεόν περιορισμένα: πρώτον, αν η διάταξη - πηγή της παρεμβολής παίρνει ρεύμα κατευθείαν από το θετικό πόλο - γραμμή της μπαταρίας προς τη μίζα, το επίπεδο της παρεμβολής μπορεί να αποδυναμωθεί μέσω ειδικών πυκνωτών «καταστολής», ειδικά για οχήματα με φίλτρα σήματος. Οι πυκνωτές, γενικώς, συνδέονται απευθείας πάνω στον ακροδέκτη της πηγής της παρεμβολής και μάλιστα με το κοντύτερο δυνατόν καλώδιο γείωσης. Σύζευξη, η οποία συνδέει ανάστροφα («cross over», οι ICEάδες να ξεσαλώσουν) αγωγούς, που μεταφέρουν βολτάζ παρεμβολής με άλλους αγωγούς, μπορεί να περιοριστεί στέλνοντάς την σε διάταξη μεταλλικού πλέγματος, το οποίο είναι βραχυκυκλωμένο και στα δύο άκρα του. Ένα άλλο σενάριο, είναι η πηγή της παρεμβολής να είναι ελεγχόμενη από την ECU: εδώ, απαγορεύεται, γενικώς, ρητά η σύνδεση οποιασδήποτε πρόσθετης καλωδίωσης στην πηγή του κακού, αφού αυτό θα επηρεάζε αυτόματα και την απόκριση της ECU. Τρίτον, τα σήματα χρονισμού των μικροεπεξεργαστών σε μία ECU παίζουν το ρόλο των πηγών παρεμβολής σε περιορισμένο εύρος συχνοτήτων. Κατά κανόνα, δεν είναι δυνατό να τοποθετηθούν εκ των υστέρων καταστολείς παρεμβολών με αυτά τα υποσυστήματα. Η εκπεμπόμενη παρεμβολή μπορεί, λοιπόν, να ελαχιστοποιηθεί στο μέγιστο δυνατό από ειδικά σχεδιασμένα κυκλώματα και κατάλληλες διατάξεις, όπως π.χ. πυκνωτές καταστολής και επιπλέον μέσω συγκεκριμένης τοποθέτησης και οδήγησης διατάξεων και αγωγών στην όλη αρχιτεκτονική. Στη περίπτωση, που αυτά τα αντίμετρα καταστολής παρεμβολών δεν είναι αρκετά, πρέπει να καταβληθεί προσπάθεια, ώστε να λυθεί το πρόβλημα μέσω τροποποιήσεων στο ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου καθεαυτό, επιλέγοντας την καλύτερη δυνατή θέση για την κεραία και ανακατευθύνοντας το καλώδιό της. Σε επίπεδο εργαστηρίου, η απόκριση σε παρεμβολές των ηλεκτρονικών υποσυστημάτων αξιολογείται, επίσης, σε επίπεδο γραμμής (π.χ. μετρώντας το βολτάζ παρεμβολής κατά μήκος της γραμμής τροφοδοσίας) και με μετρήσεις στην κεραία μέσα σε ανηχοϊκούς θαλάμους. Η τελική ετοιμηγορία σχετικά με το αν η λήψη (είτε μιλάμε για ράδιο, είτε για δίκτυο κινητής) θα είναι δυνατή μέσα στο όχημα, εξαρτάται από τις μετρήσεις του βολτάζ παρεμβολής πάνω στην κεραία από την πλεύρα του ακροδέκτη του δέκτη της. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω ειδικού δοκιμαστικού κυκλώματος, το οποίο ταιριάζει με την εμπέδηση εισόδου της μονάδας του δέκτη. Για να πάρουμε, τώρα, ρεαλιστικά δεδομένα μέτρησης, οι δοκιμές θα πρέπει πάντα να γίνονται με την αρχική - εργοστασιακή κεραία, πάντα εγκατεστημένη στην κανονική της θέση. Για να μπορέσουν να αποσυνδεθούν οι μετρήσεις αυτές από τον εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πομπό  και τα σήματα παρεμβολής, θα πρέπει να έχουν λάβει χώρα σε θωρακισμένους ανηχοϊκούς θαλάμους, εξοπλισμένους με επίστρωση απορρόφησης υψηλών συχνοτήτων. Ας δούμε, όμως, το θέμα και αντίστροφα, δηλαδή με το τουτού μας στο άχαρο, αλλά καθόλα ρεαλιστικό ρόλο του παρεμβολέα. Πάρτε, για παράδειγμα, το σύστημα ανάφλεξης: αποτελεί ίσως τη μεγαλύτερη πηγή παρεμβολών στο αυτοκίνητο. Και όσο και αν σας φαίνεται απίστευτο, η μέγιστη επιτρεπτή εκπεμπόμενη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από ένα όχημα ρυθμίζεται από την Ευρωπαϊκή νομοθεσία, παρακαλώ (EU Directive 95/54/EC), σκοπός της οποίας είναι να εξασφαλίσει ότι δεν υπάρχουν παρεμβολές στη λήξη ραδιοκυμάτων ραδιοφώνου και τηλεόρασης, τόσο στα υπόλοιπα αυτοκίνητα στο δρόμο όσο και στα παρακείμενα κτίσματα (μην αρχίσετε τώρα, όμως, να ρίχνετε το χιονάκι στην καινούργια MSD του γείτονα, καιρός να βάλετε κεραία της προκοπής στην ταράτσα). Τα όρια ορίζονται και για τα δύο όρια του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και τις ευρυζωνικές και τις στενότερου φάσματος παρεμβολές και οι μετρήσεις λαμβάνονται σε απόσταση 10 μέτρων από το αυτοκίνητο. Η προαναφερθείσα ευρωπαϊκή ντιρεκτίβα αντιπροσωπεύει τις ελάχιστες απαιτήσεις: το να κρατιόμαστε απλά οριακά και στο τσακ μέσα στα επιτρεπτά όρια, στην πράξη δεν είναι αρκετό, ώστε να εξασφαλίσουμε λήξη δίχως παρεμβολές στο εκάστοτε όχημα. Γι’ αυτόν ακριβώς το λόγο, ο περιορισμός επιβάλλεται και τελικά προσαρμόζεται «α λα καρτ» σε κάθε μοντέλο - τύπο ξεχωριστά, ώστε να φτάσουμε στο βέλτιστο επίπεδο ποιότητας λήψης, π.χ. από το ράδιο ή το κινητό τηλέφωνο του οχήματος. Επανερχόμενοι, τώρα, στην ανάφλεξη, την οποία χαρακτηρίσαμε ως συνήθη ύποπτο, οι εκπεμπόμενες από αυτήν παρεμβολές μειώνονται, στην πράξη, με τεχνικές λύσεις, όπως η επιλογή κατάλληλων αντιστάσεων στα πηνία της και η θωράκιση στους ακροδέκτες, μέχρι και με ειδική επιλογή αντίστασης στα μπουζί. Σε ειδικές περιπτώσεις, όπως π.χ. σε οχήματα εξοπλισμένα με πομποδέκτη αντί για απλό δέκτη ραδιοφώνου, μπορεί να χρειαστεί να θωρακιστεί ηλεκτρομαγνητικά τελείως ή μερικώς το σύστημα ανάφλεξης. Σε τέτοιες περιπτώσεις, λοιπόν, πρέπει να γίνουν ειδικές μελέτες, ώστε να εξασφαλιστεί ότι όλα δουλεύουν σε αρμονία μεταξύ τους.

Ποια υποσυστήματα κινδυνεύουν περισσότερο

Αναφέραμε, αρκετές φορές πιο πάνω, ότι υπάρχουν κάποια περισσότερο ευαίσθητα - επιρρεπή υποσυστήματα και φορτία, ας τα δούμε καλύτερα. Η (μία η περισσότερες) ECU και οι διάφοροι αισθητήρες για αρχή είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στα σήματα παρεμβολών, που εισέρχονται στο σύστημα από το εξωτερικό περιβάλλον. Και όταν λέμε εξωτερικό περιβάλλον, αυτό μπορεί να είναι από παρακείμενα συστήματα είτε του ίδιου του οχήματος, είτε εκτός οχήματος (π.χ. ραδιοπειρατές με μηχανήματα, που μπορούν να κατευθύνουν το Voyager 1). Που, όμως, αρχίζουν πραγματικά οι δυσλειτουργίες? Αυτό συμβαίνει στο σημείο, που η διάταξή μας παύει να μπορεί να ξεχωρίσει μεταξύ τους τα σήματα της παρεμβολής από το προβλεπόμενο σήμα, το οποίο χρειάζεται για να κάνει τη δουλειά της. Οι πιθανότητες επιτυχίας των όποιων αντίμετρων εξαρτώνται πάντα από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τόσο του κανονικού σήματος όσο και του σήματος παρεμβολής. Στο παράδειγμα της ECU, αυτή παραδοσιακά αδυνατεί να ξεχωρίσει εύκολα μεταξύ «καλού» και «κακού» σήματος, αν είναι κοντά μεταξύ τους σε χαρακτηριστικά κυματομορφής. Αυτό μπορεί να συμβεί, για παράδειγμα, όταν ο παλμός του σήματος παρεμβολής έχει ίδια συχνότητα π.χ. με το σήμα του αισθητήρα περιστροφής του τροχού. Και δεν χρειάζεται να έχει η «εχθρική» παρεμβολή την ίδια ακριβώς συχνότητα με την «φίλια»: μπορεί να είναι απλά κοντινή ή ακόμα και εντός της «ακτίνας βολής» μίας απλής αρμονικής (ακέραιο πολλαπλάσιο) της φίλιας συχνότητας. Μη διαμορφωμένα (ή διαμορφωμένα σε ακουστική συχνότητα, AF) ημιτονοειδή σήματα υψηλής συχνότητας μπορούν να αποδιαμορφωθούν μέσω ενώσεων - διόδων p - n μέσα στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μεταβολές στην τάξη από στοιχεία σταθερού (DC) ρεύματος ή σε προσθήκες («καπάκωμα») παροδικών σημάτων παρεμβολών ως αποτέλεσμα αποδιαμορφωμένων ακουστικών σημάτων παρεμβολής. Υπό κανονικές συνθήκες, η συχνότητα - φορέας είναι (μεγάλο) ακέραιο πολλαπλάσιο της κανονικής συχνότητας και το ακουστικό μέρος του σήματος παρεμβολής είναι ιδιαίτερα σημαντικό, εάν βρίσκεται σε κοντινή απόσταση από τις συχνότητες του επιθυμητού σήματος. Σήματα παρεμβολής με πολύ μικρότερες συχνότητες από το κανονικό σήμα μπορούν, επίσης, να επιφέρουν μπελάδες λόγω φαινομένων ενδοδιαμόρφωσης (διαμόρφωση πλάτους σε ειδικές περιπτώσεις σημάτων με διαφορετικές συχνότητες, που δείχνουν απότομες μεταβολές). Η απαραίτητη ανοσία στις παρεμβολές από όλα αυτά τα φαινόμενα των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων καθορίζεται και αυτή αναλυτικά στην προαναφερθείσα ευρωπαϊκή ντιρεκτίβα, η οποία ορίζει τις εντάσεις των πεδίων, στις οποίες πρέπει να δείχνει ανοσία το όχημα μαζί πάντα με τις ελάχιστες απαιτήσεις ως προς τις εκπεμπόμενες παρεμβολές. Όπως είπαμε, στην πράξη, ωστόσο, οι κατασκευαστές δεν παίζουν οριακά με αυτά τα επίπεδα, αλλά αφήνουν πάντα σοβαρά περιθώρια ασφαλείας από τις επικίνδυνες τιμές.

Σύζευξη παρεμβολών

Τα σήματα των παρεμβολών διαπερνούν τις επιρρεπείς διατάξεις με τρεις διαφορετικούς τρόπους:

1. Αγώγιμη Σύζευξη: συμβαίνει όταν η πηγή της παρεμβολής και η διάταξη - θύμα μοιράζονται κοινές γραμμές ρεύματος, μία κατάσταση, που δύσκολα αποφεύγεται, όταν έχουμε κοινές γραμμές παροχής. Και εδώ, αυτό αφορά κυρίως την πλεξούδα του αυτοκίνητου: αυτή θα πρέπει να σχεδιάζεται με γνώμονα την ελάχιστη δυνατή αγώγιμη σύζευξη. Αν, τώρα, πρέπει να χρησιμοποιηθεί παράλληλη, σειριακή ή πολυκλαδική αρχιτεκτονική για τις γραμμές τροφοδοσίας, θα εξαρτηθεί από την ένταση του ρεύματος, το εύρος συχνοτήτων, την εμπέδηση των στοιχείων και το γενικότερο σχεδιασμό του συστήματος.
2. Crossover: δημιουργείται όταν οι γραμμές σύνδεσης οδηγούνται παράλληλα από την πηγή της παρεμβολής στην επηρεαζόμενη διάταξη. Οι τιμές του αντίστοιχου βολτάζ υπολογίζονται από συγκεκριμένους  μαθηματικούς τύπους, οι οποίοι περιέχουν τόσο χωρητικά στοιχεία πυκνωτών εξαρτώμενα από το βολτάζ όσο και επαγωγικά εξαρτώμενα από την ένταση του ρεύματος. Αν το μήκος κύματος του παρεμβαλλόμενου σήματος είναι μεγαλύτερο από το γεωμετρικό μήκος του αγωγού, οι υπολογισμοί αλλάζουν: το crossover μπορεί να ελαχιστοποιηθεί με μικρότερο μήκος και μικρότερη σύζευξη χωρητικότητας.
3. Άμεση Σύζευξη Παρεμβολής: αυτή αφορά γενικώς μεταλλάκτες, είτε αισθητήρες είτε ενεργοποιητές, όταν αυτοί αντιδρούν άμεσα σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Τέτοιοι αισθητήρες μπορεί να είναι μία κεραία λήψης, ένα μικρόφωνο ή, παλιότερα, η μαγνητική κεφαλή ενός κασετοφώνου ή οποιοσδήποτε αισθητήρας, που έχει αρχή λειτουργίας σχετιζόμενη με ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Εδώ σκοπός είναι να μειωθεί η σύζευξη μέσω της αύξησης της φυσικής απόστασης μεταξύ της πηγής της παρεμβολής και της επηρεαζόμενης διάταξης μέχρι να εξαφανιστεί η παρεμβολή. Ιδιαίτερα για τις υψηλές συχνότητες, η αρχιτεκτονική στις πλακέτες των ολοκληρωμένων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων μπορεί να δράσει κυριολεκτικά σαν κεραία - δέκτης. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η ανεπιθύμητη σύζευξη παρεμβολών πρέπει να αποφευχθεί επιλέγοντας τα κατάλληλα εξαρτήματα, κατάλληλο σχεδιασμό και, ακόμα σημαντικότερο, πλακέτα πιστοποιημένη για ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα.

Και με το στατικό??

Το θέμα του δυνητικού κινδύνου, που μπορεί να αντιμετωπίσουν εξαρτήματα και τα ηλεκτρονικά κυκλώματα από μία ηλεκτροστατική εκφόρτιση, περιλαμβάνεται, επίσης, στην όλη κουβέντα μας σήμερα περί ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας. Εδώ το όλο θέμα είναι πως θα προστατεύσουμε τα επιμέρους στοιχεία και τον εξοπλισμό από ζημιά από εκφόρτιση στατικού ηλεκτρισμού, είτε αυτός προέρχεται από ανθρώπινο σώμα (μείνετε αχτένιστοι ή μην τρίβετε το πουλόβερ σας σαν χαζά, ΟΚ..?!), είτε από μηχανήματα, π.χ. στη γραμμή συναρμολόγησης. Από τη μία πλευρά, περιλαμβάνει τις κατάλληλες μεθόδους χειρισμού του εξοπλισμού και από την άλλη, το σχεδιασμό του εξοπλισμού, έτσι ώστε οι τρομακτικά μεγάλες διαφορές δυναμικού (μιλάμε για μερικές χιλιάδες βολτ! Ο μόνος λόγος, που δεν σας καίει ζωντανούς η στατικά φορτισμένη χτένα σας είναι ότι η εκφόρτιση αντιστοιχεί σε ρεύμα ελάχιστου αμπεράζ!), που παράγονται κατά την εκφόρτιση στατικού ηλεκτρισμού, να μειωθούν σε πιο αποδεκτά επίπεδα.

Πως τα μετράμε όλα αυτά

Ωραία όλη αυτή η θεωρία, αλλά στην πράξη πως τα μετράμε...Υπάρχει μία τεράστια γκάμα μεθόδων σε ευρεία εφαρμογή για τη δοκιμή των εκπεμπόμενων παρεμβολών και της αντίστοιχης ανοσίας. Ανάλογα, τώρα, με τις μεθόδους, που χρησιμοποιούμε για την εκτίμηση των φαινομένων παρεμβολής, αυτές μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: σε αυτές, που στηρίζονται σε φάσμα χρονικών μονάδων (γεννήτριες παλμών, παλμοσκόπια) και σε αυτές, που έχουν να κάνουν με το εύρος συχνοτήτων (γεννήτριες ημιτονοειδών κυμάτων, δοκιμαστικοί δέκτες, αναλυτές φάσματος). Στην επιστήμη της μετρολογίας, τα σήματα παρεμβολών για εκπεμπόμενες παρεμβολές ορίζονται, γενικώς, ως τιμές αναφοράς σε ντεσιμπέλ (dB). Η τιμή αναφοράς για το βολτάζ των παρεμβολών είναι 1μV, για την ένταση του ηλεκτρικού τους πεδίου είναι 1μV/m και για την ισχύ τους το 1mW. Στη μετρολογία, οι παράμετροι (πλάτος παλμού και ένταση πεδίου πομπού), που χρησιμοποιούνται για την καταστολή των παρεμβολών ορίζονται κατευθείαν από την πλευρά των μονάδων (π.χ. V/m για την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου Ε). Φυσικά, όλες οι μετρήσεις λαμβάνουν χώρα τόσο σε επίπεδο εργαστηριακό όσο και πάνω στο όχημα ολόκληρο: Οι εργαστηριακές - και πιο «αποστειρωμένες» από την πραγματική ζωή - μετρήσεις γίνονται σε πρότυπες, καλά καθορισμένες συνθήκες, χρησιμοποιώντας τεχνητά κυκλώματα και δίκτυα «εξομοίωσης», για να εξεταστούν οι παλμοί ή τα υψίσυχνα βολτάζ παρεμβολών, που εκπέμπονται από μία διάταξη. Η ανοσία από παλμικές παρεμβολές δοκιμάζεται μέσω ειδικών παλμογεννητριών, οι οποίες παράγουν δοκιμαστικούς παλμούς βάσει ISO 7637 (2). H σύζευξη παλμικών παρελβολών σε γραμμές σήματος και ελέγχου αναπαράγεται χρησιμοποιώντας χωρητικής σύζευξης «τσιμπίδες» βάσει ISO 7637 (3). Τα προέλευσης γραμμής κύματα παρεμβολών, που εισέρχονται μέσα στην πλεξούδα του υπό δοκιμή ηλεκτρικού συστήματος, παράγονται είτε με τη βοήθεια γυμνού αγωγού, είτε με ειδικές μεθόδους, όπως οι κυψέλες TEM (Transverse Electromagnetic Mode, φανταστείτε μία μεγάλη ξαπλωτή πυραμίδα με μία πορτίτσα στη μία πλευρά της) και οι μονάδες BCI (Bulk Current Injection, φανταστείτε ένα ευμεγέθες κουτί παλμογράφου). Στη περίπτωση του γυμνού καλωδίου, η πλεξούδα ευθυγραμμίζεται με τη φορά της διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος ανάμεσα σε μία αγωγολωρίδα και μία βάση. Όταν χρησιμοποιούμε διάταξη ΤΕΜ, η ECU και ένα κομμάτι της πλεξούδας τοποθετούνται σε ορθές γωνίες με τη φορά της διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, ενώ, όταν έχουμε συσκευή BCI, επικαλύπτουμε το ρεύμα της πλεξούδας τοποθετώντας σφιγκτήρα. Για μεγαλύτερες συχνότητες (πάνω από 400ΜΗz), η υπό δοκιμή διάταξη και η πλεξούδα ακτινοβολούνται με κεραίες και επομένως εκτίθενται απευθείας σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Όλα τα παραπάνω περιγράφονται τρομακτικά λεπτομερώς σε διάφορα κεφάλαια των αντίστοιχων νορμών και συγκεκριμένα του ISO 11 452, ενώ π.χ. στο CISPR 25 περιγράφεται ότι η εκπεμπόμενη ακτινοβολία παρεμβολής μετριέται με ευρυζωνικές κεραίες σε θωρακισμένους ανηχοϊκούς θαλάμους. To ποια από όλες τις μεθόδους, τώρα, θα διαλέξουμε να χρησιμοποιήσουμε σε μία ηλεκτρική ή ηλεκτρονική διάταξη, εξαρτάται από το πεδίο εφαρμογής της και τον εσωτερικό της σχεδιασμό. Απλά ηλεκτρομηχανικά εξαρτήματα, που δεν περιέχουν καθόλου ηλεκτρονικά, δεν δοκιμάζονται ως προς την προστασία τους από παρεμβολές μέσω ηλεκτρομαγνητικών πεδίων: γενικώς, ό,τι από το ηλεκτρικό σύστημα περιέχει και ηλεκτρονικά στοιχεία, δέχεται και το μεγάλο ζόρι ως προς τις ανάγκες ποικίλων και πολυάριθμων διαφορετικών απαιτούμενων δοκιμών πιστοποίησης. Είπαμε, όμως, ότι δεν γίνονται όλα σε ένα κλειστό εργαστήριο με τύπους με τεράστια γυαλιά και άσπρες ποδιές: παίζουνε και δυναμόμετρα και δρόμος και δοκιμές, με ολόκληρο το αυτοκίνητο επί ποδός. Έτσι, η προστασία των ηλεκτρονικών συστημάτων, σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία προερχόμενα από μεγάλης ισχύος πομπούς, μετριέται από το εσωτερικό του συγκεκριμένου αυτοκινήτου, το οποίο έχει οδηγηθεί ολόκληρο μέσα σε (μεγάλο...) ανηχοϊκό θάλαμο. Εκεί μέσα δημιουργούνται τεραστίων εντάσεων ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, που βομβαρδίζουν πανταχόθεν όλο το όχημα (ISO 11 451). To αποτέλεσμα των παρεμβολών, που προέρχονται από τα ηλεκτρικά και τα ηλεκτρονικά υποσυστήματα του αυτοκινήτου στην ποιότητα λήψης π.χ. από το ράδιο, μετριούνται με υπέρ - ειδικούς και υπέρ - ευαίσθητους δοκιμαστικούς δέκτες, με την κεραία, όπως είπαμε, πάντα στη θέση της και τη μέτρηση στην άκρη του καλωδίου της, δηλαδή στον ακροδέκτη εισόδου της πηγής του ηχοσυστήματος. 

Ηλεκτρόνια, αδειάστε μας επιτέλους τη γωνιά..!

Βαρεθήκατε τα καλώδια, τα ηλεκτρικά μοτεράκια, τα βολτάζ και τα ηλεκτρόνια? Κι εγώ, εννιά μήνες μας πήρε, αλλά τα κάναμε φύλλο και φτερό νομίζω όλα τα ηλεκτρικά, λίγο ακόμα να μίλαγα σήμερα για crossover και ο Πάνος Μπόης μπροστά μου δεν θα έπιανε μία...Η επόμενη σειρά Know How, Κλιβανόπουλου επιτρέποντος και αν δεν έχει εισηγηθεί την απόλυσή μου στο ενδιάμεσο (δε μασάει από γιορτινές μέρες αυτός, σε πατάει οποτεδήποτε στο λαιμό), θα φροντίσω να μην περιέχει ούτε διάκοπτη, να είναι αγνή, παρθένα μηχανική. Σας εύχομαι ένα 2016 γεμάτο με καλούς φίλους, αγαπημένους συγγενείς και, όποτε χρειάζεται και σας γουστάρει, την πάρτη σας και μόνο. Να ‘στε καλά και καλή χρονιά να ‘χουμε.