presentazione EMC

MASTER SICUREZZA MACCHINE
Compatibilità Elettromagnetica
e Sicurezza Elettrica
7
modulo
Prof. Alessandro Sona
Ing. Diego Dainese
Sommario della giornata
PRIMA PARTE
Compatibilità Elettromagnetica
Direttiva Europea 2004/108/EC
Richiami Teorici per l’analisi di fenomeni EMI
Analisi emissioni condotte
Analisi emissioni irradiate
Prove di immunità
Progettazione e diagnostica EMC
Esempi
SECONDA PARTE
Elettrocuzione
Classificazioni dei sistemi elettrici e tipologia dei contatti elettrici
Prove di Sicurezza Elettrica su Apparecchiature
Direttiva Bassa Tensione (LVD) 2006/95/CE
1
PRIMA PARTE
PARTE
4
COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA
ELECTROMAGNETIC
COMPATIBILITY
tratta i fenomeni em tra dispositivi, apparecchiature e
sistemi elettrici ed elettronici
ogni apparecchio elettrico ed
elettronico (al suo interno tensioni
e correnti) può disturbare
l’ambiente esterno
può risentire di disturbi provenienti
dall’esterno
2
5
PROBLEMATICHE EMC
SONO IN FORTE CRESCITA
a causa di molteplici fattori, ad esempio :
- Larga diffusione di apparecchiature elettroniche e delle
tlc in ogni ambiente
- Tecnologie sempre più “veloci”
- Dimensioni componenti e parti elettroniche sempre più ridotte
- Componenti e apparecchiature più suscettibili
(tensioni alimentazione basse)
NORME COMUNITARIE ED INTERNAZIONALI SEMPRE PIÙ
SEVERE
marcatura CE
ASPETTI DI IMPATTO EM AMBIENTALE
6
COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA
NELLA PROGETTAZIONE E NELLA CERTIFICAZIONE DI UN’APPARECCHIATURA
PER LA COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA
VANNO PRESI IN CONSIDERAZIONE ASPETTI DI
EMISSIONE
IMMUNITÀ
3
7
EMISSIONE
campo EM
EMISSIONE IRRADIATA
A
B
corrente, tensione
EMISSIONE CONDOTTA
cavi di alimentazione, cavi di segnale
NORME EUROPEE  impongono che l’emissione di A sia contenuta
entro opportuni limiti -- > tali da garantire la funzionalità
di B (e viceversa)
IMMUNITÀ
8
campo EM
IMMUNITÀ IRRADIATA
corrente, tensione
IMMUNITÀ CONDOTTA
cavi di alimentazione, cavi di segnale
Va dimostrato che l’apparecchio funziona secondo le
proprie finalità anche in presenza di sollecitazioni esterne
(sia immune)
4
9
ULTERIORE ASPETTO
AUTOCOMPATIBILITÀ EM
L’ APPARECCHIO PUÒ RISENTIRE DEI
FENOMENI EM GENERATI AL SUO INTERNO
ESEMPIO:
problematiche di diafonia all’interno di
apparecchiature e schede elettroniche
CK
tracce
RESET
sono problemi che riguardano la stessa funzionalità della
apparecchiatura (non ci sono norme)
10
ULTERIORE ASPETTO (2)
COMP. EM AMBIENTALE
campi EM
EFFETTI DEI CAMPI EM SULL’AMBIENTE E SULL’UOMO ?
NORMATIVE DIVERSE DAL CASO DELLE APPARECCHIATURE
recenti e sempre più severe
Da tenere in considerazione (legge
quadro 36/2001)
APP.
3
6
5
11
CERTIFICAZIONE
DAL 1 gen 1996,
SUL MERCATO EUROPEO SOLO PRODOTTI MARCATI CE
Conformité Européenne
NON È UN MARCHIO DI QUALITÀ,
attesta che il prodotto è conforme alle direttive europee di
competenza (tra le quali quella EMC)
PER OTTENERE LA MARCATURA
sono necessarie misure,
da effettuarsi presso laboratori accreditati
12
MISURE EMC
DUE TIPOLOGIE :
FULL-COMPLIANCE
PRE-COMPLIANCE
necessarie per la marcatura CE
si effettuano in laboratori accreditati
STRUTTURE
STRUMENTI
KNOW-HOW
PERSONALE
COMPETENTE
6
MISURE
13
FULL-COMPLIANCE
LE NORME FISSANO:
caratteristiche sito di misura
caratteristiche strumentazione
posizionamento cavi, antenne e strumenti
setup strumenti
procedura di misura
NULLA E’ LASCIATO AL CASO !!!
obiettivo norme :
rendere la misura più ripetibile
possibile
MISURE
14
FULL-COMPLIANCE
ATTREZZARE UN LABORATORIO FULL-COMPLIANCE: COSTI
ELEVATI
AZIENDE PREFERISCONO RIVOLGERSI A LABORATORI
ACCREDITATI ESTERNI
LE PROVE RICHIEDONO TEMPI CONSIDEREVOLI
(ordine di qualche mezza giornata)
1/2 giornata

500-1000 Euro
E’ TIPICO CHE UN PRODOTTO VENGA SOTTOPOSTO A PROVE
MOLTE VOLTE PRIMA DI SUPERARE IL TEST
7
MISURE
15
PRE-COMPLIANCE
PER RIDURRE IL NUMERO DI “TENTATIVI” PRESSO UN
LABORATORIO ACCREDITATO
conviene ricorrere a misure di pre-qualifica
PRE COMPLIANCE
ESEMPIO:
Non richiedono ambienti di prova accreditati  Si
effettuano “in proprio”, con strumenti e strutture simili a
quelle full compl. ma di prestazioni e costi inferiori
FULL
PRE
PRE-COMPLIANCE
ESEMPIO (2):
MISURE
16
Analizzatore di spettro full-compliance costo > euro
40.000
Analizzatore di spettro pre-compliance
costo euro circa 10.000
ATTENZIONE : le prove di prequalifica non sono
sufficienti ad ottenere marcatura CE
sono invece un mezzo utilissimo mediante il
quale:
individuare l’origine di problematiche emc
poter apporre correzioni di progetto prima del
test presso laboratori accreditati
8
17
COSTI EMC
COSTI
È INFATTI FONDAMENTALE INTERVENIRE IN FASE DI
PROGETTAZIONE E PROTOTIPAZIONE
PROGETTO
PRODUZIONE
Layout, Grounding,
Placement, Famiglie IC
Componenti
MISURE PRE-COMPLIANCE
Schermature,
filtri
18
NEL MODULO:
VERRANNO FORNITE LE CONOSCENZE DI BASE SU ATTIVITÀ DI
ANALISI E MISURA DI FENOMENI EMC
da entrambi i punti di vista:
pre-compliance
full-compliance
ILLUSTRATE LE PRINCIPALI PROVE EMC
EMISSIONI CONDOTTE
EMISSIONI IRRADIATE Disturbi RF
Disturbi RF
Armoniche
Flicker
9
19
IMMUNITÀ CONDOTTA
IMMUNITÀ IRRADIATA
Burst
Disturbi RF
Pulsed Hfields
Surge
Variazioni di tensione
Scariche elettrostatiche
TECNICHE PER LA MITIGAZIONE DI
PROBLEMATICHE EMC
20
LA DIRETTIVA EUROPEA
2004/108/EC
( DIRETTIVA EMC )
10
DIRETTIVA EMC 2004/108
21
Emanata dal Parlamento Europeo il 15 Dicembre
2004
Deadline per recepire la nuova direttiva EMC da parte
degli stati membri :
 20 gennaio 2007
Scadenza periodo transitorio nel quale i prodotti
possono essere introdotti sul mercato europeo in
conformità alla direttiva
89/336:

20 gennaio 2009
MOLTO SIMILE ALLA DIRETTIVA 89/336
principali differenze :
standard più severi in termini di documentazione da
presentare e sulle informazioni riguardanti l’origine
dei prodotti
variazioni riguardanti il processo di
autocertificazione sia in termini di EMC sia di CE
marking
22
DIRETTIVA EMC 89-336
Emanata il 3 maggio 1989
Doveva entrare in vigore l’1 gennaio 1992
Entrata in vigore l’1 gennaio 1996
PRENDE IN ESAME I DISTURBI ELETTROMAGNETICI

che in linea teorica interessano tutti i
prodotti che fanno uso di energia elettrica
I REQUISITI ESSENZIALI DELLA DIRETTIVA SONO :
LA COMPATIBILITÀ
L’IMMUNITÀ
11
23
COMPATIBILITÀ :
gli apparecchi devono essere costruiti in modo tale che:
i disturbi elettromagnetici da essi generati siano limitati ad
un livello che permetta agli apparecchi radio e
telecomunicazione ed altri apparecchi di funzionare in modo
conforme alla loro destinazione

Non devono disturbare
IMMUNITÀ :
gli apparecchi devono essere costruiti in modo tale da:
avere un adeguato livello di immunità intrinseca contro i
disturbi elettromagnetici che permetta loro di funzionare in
modo conforme alla loro destinazione

Devono essere immuni ai disturbi esterni
24
ALCUNE NORME ARMONIZZATE EMC
Disturbi RF
Armoniche
Flicker
EMISSIONI CONDOTTE
EMISSIONI IRRADIATE
Disturbi RF
IMMUNITÀ CONDOTTA
Burst
Surge
Variazioni di tensione
IMMUNITÀ IRRADIATA
Scariche elettrostatiche
Bassa frequenza
Disturbi RF
Pulsed Hfields
12
25
PROCEDURA
APPLICAZIONE DIRETTIVA EMC
PRODOTTO DA
CERTIFICARE
Apparecchio per radiocomunicazioni ?
?
SI
NO
Norme armonizzate ?
?
SI
NO
FILE
TECNICO
PROVE LAB.
ACCRED.
FILE
TECNICO
ORGANISMO
NOTIFICATO
RAPP. DI
PROVA
COMPETENT
BODY
CERTIFICATO
CE
CONFORMITÀ ALLA DIRETTIVA EMC
26
PRIMA DOMANDA : apparati per radiocomunicazioni ?
“ … ogni apparato in grado di generare o utilizzare
onde EM in un determinato campo di frequenze e con
una potenza superiore a un fissato limite …”
(sistemi wireless, telefoni cellulari, cercapersone,
apricancello, telecomandi, alcuni sistemi di allarme)
SE L’APPARECCHIO NON CONTIENE APPARATI PER
RADIOCOMUNICAZIONI
SECONDA DOMANDA :
esistono norme per quel prodotto ?
dubbi nell’applicare alcune norme ?
Per alcuni prodotti (ad es. quelli innovativi) non
esistono norme di prodotto
Non è semplice capire quali norme applicare
(dubbi)
13
27
SE SI CONOSCONO CON CERTEZZA LE NORME DA APPLICARE :
SITUAZIONE TIPICA:
Il prodotto da sottoporre a prove è del tutto simile
(dal punto di vista EMC) a prodotti già testati della
stessa famiglia
Prove in lab. accreditato  rapporto di prova 
 conformità EMC
IN CASO DI DUBBIO O IN MANCANZA DI NORME :
Necessario rivolgersi ad un Competent Body
(che decide quali norme applicare)
Al Competent Body  viene fornito il fascicolo
tecnico ( technical construction file – TCF )
PROCEDURA
28
NEL FILE TECNICO :
Modalità costruttive
Accorgimenti EMC
Principio di funzionamento
Eventuale rapporto di prova
Schemi elettrici …
IL COMPETENT BODY È NECESSARIO QUANDO:
costruttore non vuole sottoporre l’apparecchiatura a certe
prove (ad esempio per particolari ambienti di utilizzo del
prodotto)
per apparati ed installazioni che per le elevate dimensioni
non possono essere sottoposti a prove in laboratorio
quando sono state apportate modifiche ad
apparecchiature prima conformi
prodotti importati conformi a normative di nazioni non
UE possibile estendere tale conformità all’UE?
14
29
IN CASI COME QUESTI :
SERVE IL PARERE DEL CB
Il Competent Body può essere laboratorio accreditato e
quindi effettuare egli stesso le prove e rilasciare il rapporto
di prova
APPARECCHIO CONTENENTE APPARATI PER
RADIOCOMUNICAZIONI ?
NECESSARIO RIVOLGERSI AD UN ORGANISMO
NOTIFICATO
In Italia è l’Ispettorato Generale delle Telecomunicazioni
(operante presso il Ministero delle Comunicazioni)
Acquisisce il TCF, effettua controlli opportuni (caratteristiche di
trasmissione, banda occupata)
Fuori dalla banda di trasmissione, fa effettuare
prove EMC e rilascia un certificato di conformità
30
CLASSIFICAZIONE DI PRODOTTI
DIRETTIVA EMC SI APPLICA A PRODOTTI CHE DISTURBANO O
POSSONO ESSERE DISTURBATI

ci sono delle eccezioni
prodotti per i quali non è necessario soddisfare i
requisiti essenziali della direttiva EMC
AD ESEMPIO :
prodotti militari e apparecchiature in ambito
medico (direttive apposite)
prodotti destinati alla sola esposizione come i prodotti
per fiera
15
31
Apparecchi per radioamatori, non disponibili in commercio
Prodotti destinati alla sola esportazione in paesi
extracomunitari
Ogni apparecchiatura elettromagneticamente passiva
Si dice em passiva se nell’utilizzazione prevista ( senza
protezioni interne come filtri o schermature, e senza alcun
intervento da parte dell’utente) …
ESEMPI :
… non produce alcuna commutazione od oscillazione di
corrente o tensione e non viene influenzata da disturbi
elettromagnetici
Cavi e sistemi di cablaggio, accessori di cavi
Batterie ed accumulatori
Apparecchiature contenenti solamente carichi resistivi
e prive di dispositivi automatici di commutazione, come
termostati o ventole
32
CLASSIFICAZIONE
I PRODOTTI VENGONO DISTINTI IN QUESTO MODO :
1
1
COMPONENTI
2
APPARATI O APPARECCHIATURE
3
SISTEMI / INSTALLAZIONI
COMPONENTI
elementi di base non in grado di svolgere
autonomamente una funzione
Va applicata la direttiva ?
per alcuni componenti si,
per altri no
schema
16
33
COMPONENTI
COMPONENTE
NO
Funzione Diretta
?
SI
Destinatario
Competente
SI
?
NO
non si applica
la direttiva
si applica la
direttiva
è sufficiente l’utilizzo
del manuale
COMPONENTI
34
FUNZIONE DIRETTA :
NON HANNO FUNZIONE DIRETTA :
NO REQUISITI EMC
AD ESEMPIO :
una qualsiasi funzione del componente stesso che soddisfi
l’uso a cui è destinato, specificato dal costruttore nelle
istruzioni per l’utente finale
Alcuni componenti possono svolgere una funzione quando
sono inseriti in un apparato, ma se presi singolarmente
non hanno alcuna funzione diretta
Componenti elettronici o elettrici: resistori,
condensatori, induttori, diodi, transistor, tiristori
e circuiti integrati
Led, visualizzatori a cristalli liquidi
Cavi e accessori di cablaggio
Spine, prese, morsettiere
Relè, Termostati meccanici
17
AD ESEMPIO :
HANNO FUNZIONE DIRETTA :
SI REQUISITI EMC
COMPONENTI
35
Schede ad innesto per computer, schede a icroprocessori,
schede madri, schede per telecomunicazioni
Alimentatori (quando funzionano autonomamente)
Lettori di dischi per computer
Controlli elettronici della temperatura
Controllori logici programmabili
DESTINATARIO COMPETENTE :
Alcuni componenti vengono immessi sul mercato per la
distribuzione e l'uso finale (ad. es : scheda PC)
COMPONENTI
In questo caso una qualsiasi persona non esperta di EMC
può usufruire della funzione diretta del componente senza
alcun aggiustamento
36
In questo caso  destinatario non competente 
necessaria l’applicazione della direttiva
è
Altri componenti sono invece destinati ad essere inseriti
in apparati da personale qualificato, esperto di EMC
 non è necessaria l’applicazione della direttiva
AD ESEMPIO :
In questo le prescrizioni EMC verranno applicate
all’intero apparato finale
SCHEDA PC :
Componente con funzione diretta destinato a
utenza non qualificata
TUBO A RAGGI CATODICI :
Componente con funzione diretta destinato a
utenza qualificata
18
37
2
APPARATO / APPARECCHIATURA
qualsiasi unità autonoma in grado di svolgere
una specifica funzione
REALIZZATA CON UN INSIEME DI COMPONENTI,
ALCUNI DEI QUALI NON NECESSARIAMENTE MARCATA CE
VA APPLICATA LA DIRETTIVA EMC ?

SI, SEMPRE
38
3
SISTEMI / INSTALLAZIONI
combinazione di diversi tipi di apparecchiature, prodotti finiti e
componenti progettati e assemblati dal costruttore e destinata ad
essere immessa sul mercato come unita funzionale singola
ad esempio :
CPU di un calcolatore, composta da scheda
madre, alimentatore, CD ROM, lettore dischi
e involucro
POSSIBILE DISTINZIONE:
il sistema può essere mobile (ad. es. cpu)
l’installazione no, ha posizione fissa (ad. es. impianto elettrico)
VANNO APPLICATE LE PRESCRIZIONI EMC ?
19
SISTEMI / INSTALLAZIONI
39
SISTEMA
1
2
ALCUNE PARTI NON
MARCATE CE
N
O
SI APPLICA LA
DIRETTIVA
3
SOLO PARTI MARCATE
CE - CASO PEGGIORE
SOLO PARTI
MARCATE CE
SEGUITE
ISTRUZ.
SEGUITE
ISTRUZ.
PER
ASSEMBLAGGIO ?
ASSEMBLAGGIO?
SI
NON SI APPLICA LA
DIRETTIVA
Percorso 2
Percorso 1
40
Nel caso in cui il sistema sia assemblato da apparati non tutti
con marcatura CE, per essere immesso sul mercato …
deve essere combinato da una persona esperta, che
assume il ruolo di costruttore, con la responsabilità della
conformità del sistema alla Direttiva
Se ogni singolo componente è marchiato CE e se vengono seguite le
indicazioni del costruttore di ogni singolo componente durante la
fase di progettazione, assemblaggio e messa in opera
il sistema è da ritenersi conforme CE
il costruttore di ogni componente ha già effettuato i test su
sistemi identici a quello in esame
ATTENZIONE :
combinare due o più sottosistemi conformi EMC non significa
necessariamente produrre un sistema che soddisfi i requisiti
EMC
20
Percorso 3
41
Esistono sistemi dati da una combinazione di parti e che
possono essere offerti sul mercato in diverse configurazioni
(es. quadro elettrico)
Il costruttore deve provare il sistema nella
configurazione peggiore
cioè in quella che ha la maggiore
probabilità di generare il massimo disturbo (o che
può essere la più suscettibile a possibili disturbi)
Se il sistema supera le prove nella configurazione peggiore
 può essere posta la marcatura CE su tutte le
configurazioni possibili
ESEMPIO : quadro elettrico
Viene sottoposto a prova il quadro tipo più complesso
dal punto di vista EMC
42
Se poi il costruttore decide di aggiungere dei componenti che non
erano inclusi nella configurazione originale :
si deve distinguere tra componenti
elettromagneticamente rilevanti o non rilevanti
Un componente è ELETTROMAGNETICAMENTE
RILEVANTE
se può generare o essere influenzato da disturbi EM ed
influire sulle caratteristiche EMC del sistema all'interno
del quale viene inserito
Se un componente di questo tipo viene aggiunto al sistema, il
costruttore deve garantire di nuovo la conformità nella
configurazione peggiore
21
43
PROVE SU PRODUZIONI SERIE
PER BENI PRODOTTI IN SERIE :
impensabile effettuare prove su ogni prodotto,
specie se questo avrà sul mercato un costo
modesto
IN SITUAZIONI DI QUESTO TIPO LE NORME PREVEDONO :
PROVE DI TIPO
cioè su un opportuno
campione di prodotti
44
PROVE SU PRODUZIONI SERIE
CONCETTO IMPORTANTE:
quanto viene stabilito dalle direttive
non va interpretato in modo assoluto, ma in termini
probabilistici
LE NORME STABILISCONO COME SCEGLIERE IL CAMPIONE
l’obiettivo è di garantire la conformità alla
direttiva con un fissato grado di probabilità
22
RICHIAMI TEORICI PER
L’ANALISI DI FENOMENI EMI
46
L’ANALISI DI FENOMENI DI INTEREFERENZA
ELETTROMAGNETICA
(EMI) TRA DISPOSITIVI, APPARECCHIATURE E SISTEMI ELETTRICI
ED ELETTRONICI

richiede innanzi tutto la conoscenza teorica del
fenomeno :
come ha origine
come si manifesta
da quali aspetti e grandezze
dipende
23
47
IN QUALSIASI SCHEDA ELETTRONICA, O APPARECCHIATURA O SISTEMA :
SONO PRESENTI NUMEROSI CIRCUITI, OGNUNO
SCHEMATIZZABILE IN QUESTO MODO:
I(t)
+
TX
V (t)
RX
-
ANALISI TRADIZIONALE
48
I CIRCUITI TX e RX POSSONO ESSERE SCHEMATIZZATI :
I(t)
TX
ZG
eG(t)
RX
+
V (t)
ZL
-
IN FASE DI PROGETTAZIONE (per la funzionalità) :
hanno interesse le sole grandezze V(t) ed I(t)
CON QUESTO SCHEMA (nella progettazione tradizionale) :
non si tiene conto dei fenomeni EMI
24
49
ASPETTO 1
LA CORRENTE I(t) DÀ ORIGINE AD UN’EMISSIONE DI CAMPO
MAGNETICO NELL’AMBIENTE CIRCOSTANTE
H(t)
I(t)
possibilita’ di
interferenza con circuiti
della stessa scheda o
apparecchiatura
o con apparecchi posti
nel medesimo ambiente
50
ASPETTO 2
LA D.D.P. V(t) DÀ ORIGINE AD UN’EMISSIONE DI CAMPO
ELETTRICO NELL’AMBIENTE CIRCOSTANTE
E(t)
V (t)
ANCHE IN QUESTO CASO :
possibilità di
interferenza con circuiti
della stessa scheda o
apparecchiatura
o con apparecchi posti
nel medesimo ambiente
25
51
ASPETTO 3
INTERFERENZE ELETTROMAGNETICHE DOVUTE ALL’INCIDENZA DI
CAMPI ELETTRICI ESTERNI
E(t)
Incidono sui tratti
conduttori del circuito
Generano disturbi che si
sovrappongono al segnale
utile
eNE(t)
+
+
VR (t)
V (t)
-
VR (t) = V (t) + eNE(t)
52
ASPETTO 4
INTERFERENZE ELETTROMAGNETICHE DOVUTE ALL’INCIDENZA DI
CAMPI MAGNETICI ALTERNATI ESTERNI
H(t)
Si concatenano con il
circuito
Generano disturbi che si
sovrappongono al segnale
utile
eNH(t)
+
+
V (t)
-
VR (t)
-
VR (t) = V (t) - eNH(t)
26
53
ASPETTO 5
FENOMENI PARASSITI :
OGNI TRATTO CONDUTTORE andrebbe schematizzato
come:
jL
R
I
-
+
V = 0
 V = (R+jL) i
TRA OGNI COPPIA DI TRATTI CONDUTTORI :
I-I’
I’
I
I
C
54
IL CIRCUITO Tx – Rx INIZIALE DIVENTA :
IR
I
ZG
eG
AL RICEVITORE:

+
+
V(t)
I’
ZR
C
-
VR(t)
-
VR (t)

V (t)
IR (t)

I (t)
Problematiche di funzionalità
(autocompatibilità)
Maggiore è la frequenza  maggiore è
l’entità di questi fenomeni (…nel seguito)
27
55
ASPETTO 6
I2
ACCOPPIAMENTI DOVUTI A TRATTI DI
CIRCUITO IN COMUNE
I(t)
la corrente esterna, a causa dell’impedenza
del tratto in comune ( Zc ), influenza il
circuito in esame (e viceversa)
+
I2(t)
V(t)
-
gnd
+
I(t)
VR(t)
ZC
-
I2(t)
VR (t) = V (t) - ZC ( I (t) + I2(t))
56
ASPETTO 7
TRANSITO DI CORRENTI IMPULSIVE (kV, 10A, ns), come ad
esempio :
Surge
Burst
Scariche elettrostatiche
ZC
I2(t)
POSSONO DANNEGGIARE TRASMETTITORE E RICEVITORE
28
57
GLI ASPETTI RICHIAMATI  IMPORTANZA
SEMPRE MAGGIORE NELLA PROGETTAZIONE ELETTRONICA
INFATTI :
aumentano il numero di apparecchiature elettroniche
operanti nei medesimi ambienti
frequenze e velocità di commutazione circuiti digitali
sempre più elevate (maggiore emissione EM)
tensioni di alimentazione e livelli logici sempre più bassi
(possibilità di false commutazioni, diminuisce la
suscettibilità ai disturbi)
integrazione di molti circuiti in chip o schede di dimensioni
ridotte (stadi circuitali, circuiti e piste più vicine 
maggiore accoppiamento EM)
58
ANALISI EMC
IN UNA SCHEDA ELETTRONICA, APPARECCHIATURA O
SISTEMA
problematiche di emissione, immunità e autocompatibilità
FONDAMENTALE SAPERE INDIVIDUARE I TRATTI E
I CIRCUITI CHIUSI:
più suscettibili alle interferenze
(in genere parti analogiche, circuiti di reset, linee di interrupt)
più disturbanti (in genere linee e sezioni circuitali
ad alta velocità di commutazione)
29
59
CIRCUITI DIGITALI
UN GENERICO CIRCUITO DIGITALE (TTL O CMOS), può essere
schematizzato :
STRUTTURA TOTEM POLE
VCC
VCC
in
out
Q1
GND
in
out
Zin
Q2
GND
ESEMPIO
60
VCC
IN
OUT
GND
VCC
U1
VCC
INPUT
GND
OUTPUT
U2
GND
30
ESEMPIO
61
USCITA U1: LIVELLO INIZIALE BASSO (L= 0 V)
VCC
U1
U2
OFF
ON
0V
GND (0 V)
62
USCITA U1: COMMUTAZIONE L-H
VCC
0
VCC
ON
ILH
OFF
ILH
GND (0 V)
31
63
USCITA U1: COMMUTAZIONE H-L
VCC
0
VCC
OFF
ON
IHL
IHL
GND (0 V)
64
INOLTRE, DURANTE OGNI COMMUTAZIONE
L-H O H-L
VCC
corrente transitoria
0
VCC
OFF
ICC
ON
ICC
GND (0 V)
32
65
ALIMENTAZIONE
LE CORRENTI SI RICHIUDONO
SULL’ALIMENTAZIONE
ILH , ICC
VCC
GND
66
PASSANO PER L’ALIMENTATORE
PROSEGUONO VERSO LA RETE ELETTRICA
condotte)
(emissioni
VCC
P
220 V
N
GND
PE
33
67
MODO COMUNE E
MODO DIFFERENZIALE
SI RITORNI AL SISTEMA IDEALIZZATO :
I
TX
RX
I
SUI DUE CONDUTTORI:
correnti uguali ed opposte
sono differenziali
68
IN UN SISTEMA REALE, CON PARAMETRI PARASSITI:
IP
TX
I1
RX
I2
NUOVA SITUAZIONE : I1  I2
si generano correnti di modo comune

problematiche EMC
34
MC E MD
69
SCOMPOSIZIONE DELLE CORRENTI
I1
ESEMPIO
I2
ID
=
IC 
I1  I2
2
ID 
I1  I2
2
iC
+
ID
5
iC
4.5
=
4
4.5
0.5
+
0.5
70
BILANCIO DELLE CORRENTI
IP
I1
I2
0
ID
ID
IC
2IC
IC
LA CORRENTE DI MODO COMUNE SI CHIUDE ALL’ESTERNO
su quale percorso ?
35
MC E MD
71
GROUND LOOP
IC
IC
GND
2IC
Correnti MC percorrono il ground loop
Ground loop: solitamente di estensione molto elevata
Correnti MC sono tra le cause principali di problematiche
EMC
72
MC E MD VERSO LA RETE ELETTRICA
A CAUSA DELLA NON IDEALITÀ DEI TRASFORMATORI:
emissioni MC e MD verso la rete elettrica
DISTURBI DI MODO DIFFERENZIALE:
P
220 V
N
150 kHz - 30 MHz
ID
PE
36
MC E MD
73
MC E MD VERSO LA RETE ELETTRICA
DISTURBI DI MODO COMUNE:
P
N
IC
GROUND LOOP
220 V
2IC
PE
importante capire in che misura l’apparecchiatura progettata
produce disturbi MC o MD (accorgimenti ad hoc)
MC E MD VERSO LA RETE ELETTRICA
ESEMPIO
MC E MD
74
CORRENTI DIFFERENZIALI
RX
TX
PC
ID
220 V
37
MC E MD VERSO LA RETE ELETTRICA
ESEMPIO
MC E MD
75
CORRENTI DI MODO COMUNE
RX
2IC
TX
2IC
220 V
PC
2IC
76
CORRENTI DI RITORNO
IN GENERE: facile individuare il percorso di andata
ESEMPIO:

difficile il percorso di ritorno
?
GND
CK
?
GND
38
ESEMPIO:
CORRENTI DI RITORNO
77
A
?
B
GND - GRIGLIA
GND - PIANO DI MASSA
A
A
B
B
Quale
?
Il percorso di ritorno è in realtà un altro
…
78
DUE PERCORSI POSSIBILI:
?
A BASSA FREQUENZA : la corrente ritorna per il percorso a
minor resistenza
RA
RGND << RA
RGND
39
CORRENTI DI RITORNO
79
AD ALTA FREQUENZA : la corrente ritorna per il percorso a
minor impedenza (induttanza)
R+jL  jL
IL PERCORSO A MINORE INDUTTANZA È QUELLO CHE PASSA PIÙ
VICINO AL CAMMINO DI ANDATA:
LA << LGND
jLA
CORRENTI DI RITORNO
jLGND
80
DIMOSTRAZIONE (1):
l’induttanza è proporzionale
all’area del
percorso chiuso
SA
jLA
SGND
jLGND
jLGND
LGND = /i --> 
SGND
LA = /i
-->  SA
LA << LGND
40
ESEMPIO:
GND
CK
GND
ESEMPIO:
CORRENTI DI RITORNO
81
GND - GRIGLIA
A
A
B
B
ANALISI
EMISSIONI CONDOTTE
41
83
SI CONSIDERI : apparecchiatura elettronica alimentata
da rete elettrica,
 idealmente :
EUT
P
50 Hz
V, I
I
220 V
V
N
PE
t
IN REALTÀ:
220 V
INTRODUZIONE
84
V
50 Hz

EUT produce fluttuazioni di
tensione :
Norma  (EN 61000-3-3,
fluttuazioni di tensione limiti e metodi di misura)

EUT introduce armoniche :
t
I
50 Hz
t
Norma  (EN 61000-3-2,
armoniche - limiti e metodi
di misura)
SONO EMISSIONI CONDOTTE A BASSA
FREQUENZA
42
INTRODUZIONE
85
INOLTRE :
EMISSIONI CONDOTTE AD ALTA FREQUENZA
EUT
radiodisturbi nella banda :
P
IP
N
PE
IN
150 KHz - 30 MHz
P
N
ID
IC
PE
2IC
86
EMISSIONI CONDOTTE AD ALTA FREQUENZA
IN AMBITO EUROPEO :
molte norme di prodotto e di famiglia di prodotto
prescrivono prove di emissione condotta ad alta
frequenza, ad esempio :
EN55022 
EN55014 
per gli ITE (Inf. Techn. Equip.)
per elettrodom., app. utensili
fissano limiti per le emissioni condotte tra fase e terra e
tra neutro e terra:
150 kHz
30 MHz
necessaria misura mediante ricevitore selettivo in
frequenza (analizzatore di spettro)
43
LA MISURA
87
BANCO DI TEST
FULL-COMPLIANCE
> 200
Piano conduttore
EUT
> 200
LISN
RIC. SEL.
40
80
> 80
30-40 cm
BANCO DI TEST
88
… alcune caratteristiche richieste per il banco di test
Distanza tra perimetro LISN e perimetro EUT di 80 cm
Cordone alimentazione EUT di 1 m (se più lungo: ripiegare con
spire anti-induttive di 40 cm)
Morsetto di riferimento della LISN deve essere connesso al piano
conduttore (di riferimento) con conduttore più corto possibile
Distanza tra perimetro EUT e ogni superficie metallica
(eccetto piano di rif.) superiore a 80 cm (tavolo di legno)
Se apparecchio destinato ad operare appoggiato al
pavimento:
Piano di rif. orizzontale (almeno 22 m),
EUT appoggiato al pavimento ma non in
contatto elettrico ... )
44
89
PER EVITARE LE PROBLEMATICHE VISTE, LE NORME RICHIEDONO
L’UTILIZZO DI UNA
LISN
P
line impedance stabilization network
anche nota come AMN (Artificial Mains Network)
N
LISN
potenza
potenza
IP
IN
EUT
PE
segnale
LA MISURA
(PRELIEVO DISTURBO 150 kHz-30 MHz)
90
LISN
1
Blocca i disturbi provenienti dalla rete di distribuzione ( 150
kHz - 30 MHz )
2
Permette l’alimentazione dell’EUT (  220 V - 50 Hz )
N
2
1
3
PE
IP
3
2
EUT
RETE
ELETTRIC
A
LISN
P
IN
Le correnti di disturbo provenienti dall’EUT (150 kHz-30 MHz)
vengono deviate verso le uscite di segnale
45
91
SCHEMA DI PRINCIPIO :
RETE
ELETTRICA
L
N
C
C1
C1
C
EUT
L
P
PE
ASA
RAD
C, L e C1 : fissate dalle norme
NELLO SCHEMA REALE: ASA vede 50  nella banda 150 kHz - 30 MHz
USCITE DI SEGNALE:
ad un connettore si collega L’ASA, all’altro un adattatore
RAD = 50  (  si ottiene il bilanciamento delle linee)
92
IN PRE-COMPLIANCE
NON SI RICORRE AD UN BANCO ATTREZZATO A NORMA e ad un ASA con
rivelatore di quasi picco
SI UTILIZZA IL RIVELATORE DI INVILUPPO
Se EUT soddisfa i limiti con rivelatore di inviluppo e con rumore
esterno sovrapposto
con ottima probabilità supererà le
prove full-compliance
può essere utile fissare
intervalli di garanzia
46
93
IN PRE-COMPLIANCE PUÒ ESSERE UTILE :
Utilizzare strumenti interni all’ASA come i demodulatori
AM e FM, il rivelatore quasi picco software, la funzione max-hold
ed average, la funzione zero-span
Scomporre in MC E MD l’emissione EUT :
LISN
P
N
PE
IP
IN
IP
IN
(IP + IN)/2 =IC

(IP - IN)/2 = ID
94
DA OSSERVARE INFATTI :
spesso le emissioni generate dall’EUT sono prevalenti …
sottoforma di MC o MD
a bassa frequenza (verso i 150 kHz) o ad alta
frequenza (verso i 30 MHz)
ESEMPI
IN PRE-COMPLIANCE
Per effettuare un’analisi più approfondita sulla natura del
disturbo e prevedere accorgimenti ad-hoc
MC
MD
Importante ridurre solamente il tipo di disturbo presente e
nella sola banda in cui si manifesta
47
95
FILTRI DI ALIMENTAZIONE
Nei cataloghi : RF power filter
FILTRO RF
EUT
150 kHz - 30 MHz
Vengono applicati all’esterno dell’EUT
o all’interno,
a livello di connettore
96
VENGONO TIPICAMENTE REALIZZATI CON COMPONENTI L o C
(i componenti resistivi dissiperebbero troppo)
DIVERSE CONFIGURAZIONI POSSIBILI :
N
CY
CY
DISTURBI MD
PE
EUT
FILTRO PER LA SOPPRESSIONE
P
EMISSIONI MC
DISTURBI MC
TIPO A
48
97
CAPACITÀ CY  DI VALORE NON TROPPO ELEVATO
per condizioni di sicurezza (interruttore differenziale),
solitamente ordine dei nF
INDUTTANZA SERIE PER LA SOPPRESSIONE
EMISSIONI MC :
P
EUT
TIPO B
2L
DISTURBI MD
DISTURBI MC
N
0L
98
L’induttanza MC va usata assieme a condensatori CY
L2
CX
EUT
nessuna restrizione
sul loro valore
L1
P
N
PE
DISTURBI MD
FILTRO PER LA SOPPRESSIONE
EMISSIONI MD :
DISTURBI MC
TIPO C
49
FILTRI DI ALIMENTAZIONE
99
EMISSIONE FASE :
EMISSIONE NEUTRO :
CONTRIBUTO MD :
CONTRIBUTO MC :
100
FILTRI DI ALIMENTAZIONE
esempio
DISTURBO SULLA FASE
induttanza serie MC :
condensatori CY :
entrambi :
CY
CY
50
101
esempio
DISTURBO SULLA FASE, induttanza serie e condensatore CX :
CX
DISTURBO SULLA FASE, filtraggio completo :
ANALISI
EMISSIONI IRRADIATE
51
103
ESISTONO LIMITI BEN PRECISI ai livelli di emissione
elettromagnetica di apparecchiature elettriche o elettroniche
EUT
TALI LIMITI VENGONO SPECIFICATI
frequenza per frequenza nella banda : 30
MHz - 1 GHz
Dal 1 ottobre 2009 per gli ITE
In taluni casi si può arrivare anche a 6 GHz
104
MISURARE IL LIVELLO DI EMISSIONE ELETTROMAGNETICA

è un’attività complessa
il fenomeno varia notevolmente nello spazio
difficile garantire la ripetibilità delle prove
necessario ambiente di misura controllato
SISTEMA DI MISURA:
EUT
ANTENNA
ASA
d
ricevitore quasi picco
CISPR 16
52
105
RICEZIONE
ANTENNA
PRE-AMPL.
ASA
CISPR 16
ANTENNA
BALUN
ANTENNA : rileva il campo elettrico E(t) incidente. All’uscita  tensione
elettrica V(t) legata a E(t)
Caratteristiche importanti :
E(t)
V(t)
1. Direzione di Polarizzazione
2. Fattore d’antenna
106
ANTENNA BICONICA
ANTENNE EMC
POLARIZZAZIONE
RETTILINEA
E
132.1 cm
(30 MHz - 300 MHz)
VERTICALE
DIAGRAMMI DI RADIAZIONE COME
PER L’ANTENNA A DIPOLO
ORIZZONTALE
RICEZIONE
3. Diagramma di Radiazione
53
ANTENNE EMC
107
ANTENNA LOG PERIODICA
75 cm
E
POLARIZZAZIONE
RETTILINEA
(200 MHz - 1000 MHz)
ORIZZONTALE
VERTICALE
ANTENNA DIRETTIVA
108
MISURA EMISSIONI IRRADIATE
DISPOSIZIONE EUT E ANTENNA DI MISURA
14 m
EUT
Piano di massa
10 m o 3 m
54
109
BANDA 30 MHz - 1000 MHz
14 m
BANDA DI RISOLUZIONE RICEVITORE CISPR 16 (ASA)  B6: 120 kHz
TRA EUT E ANTENNA: DISTANZA DI 10 m
per certi EUT anche 3 m (in ambiente
residenziale, commerciale, industria leggera)
ALTEZZA ANTENNA DEVE ESSERE VARIATA TRA 1 e 4 m
per cercare il valore massimo di
emissione per ogni frequenza di prova
110
AZIMUT DELL’ANTENNA RISPETTO EUT (angolazione)
deve essere variato per trovare le indicazioni
dell’intensità di campo massimo
Possibilità: ruotare l’EUT
EUT
Piattaforma
girevole
Piano di massa
POLARIZZAZIONE DELL’ANTENNA
deve essere variata (orizzontale e verticale)
rispetto EUT per trovare
l’indicazione massima
… si considerano riflessioni ...
55
111
EUT
MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO EUT
deve essere variata per trovare la condizione di
disturbo massimo
Trovata la configurazione più gravosa del disturbo irradiato, per ogni
frequenza  MISURA CON RIVELATORE DI QUASI PICCO
dBV/m
30 MHz
1000 MHz
CONFRONTO CON I LIMITI
nel caso di fluttuazioni del disturbo misurato attorno al limite :

Necessario osservare per 15 s le frequenze interessate
prendendo il massimo (MAX HOLD)
112
LUOGO DI MISURA
DEVE ESSERE DEL TIPO “ALL’APERTO”  OATS (Open-Area Test Site)
piatto, libero da linee aree o strutture riflettenti vicine (conduttrici)
La norma riporta due luoghi di prova possibili. Uno di questi:
R
Dm = R3
DM = 2R
56
113
ESEMPIO DI OATS
Liberty Labs
Kimballton, Iowa (US)
DEVE ESSERE CONVALIDATO ESEGUENDO “MISURE DI ATTENUAZIONE DI SITO”
(NSA)
LUOGO DI MISURA
nella banda (30 - 1000 MHz)
114
LE NORME POSSONO ESSERE ESEGUITE IN LUOGHI ALTERNATIVI
ALL’OATS
(purchè convalidati eseguendo “misure di attenuazione di sito”)
ad esempio
CAMERE SEMIANECOICHE :
Sono camere schermate (attenuazione 100 dB)
rivestite di materiale assorbente
(riducono le riflessioni
delle pareti)
Piano conduttore
57
Tipi di Materiale assorbente
L=95 cm
PIASTRELLE FERRITE
(30 MHz - 1200 MHz)
CONI ASSORBENTI - WIDE BAND
ABSORBERS
(30 MHz - decine di GHz)
ESEMPIO
TDK 5m anechoic chamber
LUOGO DI MISURA
ABSORBER:
LUOGO DI MISURA
115
116
CELLE TEM E GTEM:
Per EUT di piccole dimensioni
CELLA GTEM
58
117
IN PRE-COMPLIANCE
USUALMENTE, IN PRE-COMPLIANCE, non si dispone di OATS convalidati,
di camere semianecoiche o schermate
riflessioni
campi esterni
LE MISURE CHE SI OTTENGONO:
Risentono delle riflessioni delle pareti, degli oggetti presenti e dei
disturbi ambientali dall’esterno
118
SONDE DI CAMPO VICINO
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
i
S
H
V(t)
Misura il solo campo H
V(t)=
d
dt
 B  n dS
= J  B S cos 
S
B=H
59
PRE-AMPL.
ASA
CK
CK
CK
120
IN REALTÀ, DUE SPIRE SIMMETRICHE: SISTEMA DIFFERENZIALE
IN COMMERCIO:
SONDE CON CAMPI DI FREQUENZA
DIVERSI
ASA
9 kHz - 30 MHz
30 MHz -1 GHz
SONDE DI CAMPO VICINO
SISTEMA DI MISURA
BALUN
SONDE DI CAMPO VICINO
119
60
NON RICHIESTE DALLE NORME:
Le sonde vengono posizionate manualmente - Impossibile effettuare
misurazioni ripetibili
UTILI IN FASE DI DIAGNOSTICA
misurano solamente il campo magnetico, non il campo elettrico
Il campo elettrico si può calcolare dal
prodotto ?
PROBLEMA:
|E|=  |H|
ATTENZIONE:
L’impedenza d’onda è nota solo nella regione di campo lontano
(= 377 )
122
IN CAMPO VICINO, IL VALORE DI  DIPENDE DAL TIPO DI SORGENTE
dB
|E|=  |H|
sorgente
SONDE DI CAMPO VICINO
121
377 
/2
regione di campo vicino
r
regione di campo lontano
CIONONOSTANTE:
Utili indicazioni in fase di applicazione di accorgimenti EMC
61
123
A
B
Se si riduce il campo H emesso in campo vicino:
H
H/10
E
E/10
|E|=  |H|
della stessa proporzione si
riduce pure il campo E
Se si riduce il campo E o H in campo vicino:
della stessa proporzione si riduce
pure in campo lontano
EN --> EN/10
EF  EF/10
PROVE DI IMMUNITA’
62
125
NECESSARIE PER LA MARCATURA CE
Un apparecchio deve dimostrare di poter funzionare anche
in presenza di sollecitazioni esterne (sia immune)
irradiate
condotte
EUT
IMMUNITÀ / SUSCETTIBILITÀ (medesimo significato)
Indica in che misura un certo apparecchio muta le
proprie condizioni di funzionamento in seguito a
sollecitazioni esterne
Indica in che misura un certo apparecchio è immune
a sollecitazioni esterne
126
PROVE DI IMMUNITA’
OBBLIGO E NECESSITÀ
Se apparecchio non soddisfa ai requisiti
specificati dalle norme
no marcatura CE
OBBLIGO:
NECESSITA’:
difficoltà nel rimanere con
profitto sul mercato
Se un apparecchio non è immune
a certe sollecitazioni
È tipico che il costruttore imponga al proprio
prodotto vincoli di immunità
più restrittivi rispetto a quelli stabiliti dalle norme
PROVE DI EMISSIONE
SOLO OBBLIGO
Non c’è nessun interesse da parte del costruttore di ridurre
le emissioni oltre ai limiti imposti
63
127
TIPI DI SOLLECITAZIONE
ALCUNI ESEMPI:
SONO DESCRITTI NELLE NORME DI BASE
CEI EN 61000-4-X
surge
burst
Interruzioni alimentazione
Variazioni tensione di alimentazione
irradiata
Scariche Elettrostatiche (ESD)
CEI EN 61000-4-5
CEI EN 61000-4-4
CEI EN 61000-4-11
CEI EN 61000-4-11
CEI EN 61000-4-3
CEI EN 61000-4-2
LE DIVERSE PROVE DI IMMUNITA’ SI POSSONO
DIVIDERE IN :
Condotte, irradiate
A bassa frequenza, ad alta frequenza
Disturbi sulle linee di alimentazione,
sulle linee I/O
4
128
RISULTATO DELLE PROVE
NON È UN VALORE NUMERICO,
Ma una classificazione del prodotto
sulla base del suo comportamento durante e dopo
la sollecitazione
CAT. A
EUT
SONO PREVISTI 4 TIPI DI COMPORTAMENTO (4 categorie)
Ogni norma di immunità richiede che durante la
sollecitazione l’EUT si trovi nella condizione di “caso
peggiore”
prima
durante
dopo
EUT non risente della sollecitazione ne durate ne dopo
64
129
EUT
CAT. B
prima
durante
dopo
CAT. C
EUT
Durante: diminuzione funzionalità
Al termine: ripristino automatico della funzionalità
ESEMPIO: righe sul televisore che
spariscono al cessare del disturbo
reset
prima
durante
dopo
dopo
Durante: diminuzione funzionalità
Al temine: il ripristino della funzionalità richiede intervento esterno
ESEMPIO: reset di un calcolatore
6
130
EUT
CAT. D
prima
durante
dopo
Danno permanente con perdita della funzionalità e impossibilità
di ripristino se non con un intervento di sostituzione
IN QUESTA CATEGORIA:
anche alterazioni sul software (modifiche dati) con
impossibilità di ripristino
SPETTA AL COSTRUTTORE STABILIRE LA CATEGORIA DI
APPARTENENZA DEL
PROPRIO PRODOTTO
ESEMPI
CAT. A :
PC INDUSTRIALE (inaccettabile se B)
CAT. B :
TELEVISORE (troppo costoso se A, inaccettabile se C)
CAT. C :
PC MERCATO CONSUMER (troppo costoso se B, inaccettabile se D)
CAT. D :
BIGLIETTO DI AUGURI ELETTRONICO (troppo costoso se C)
7
65
131
CLASSIFICAZIONE DISTURBI
ESD
Disturbi irradiati
SHSKKSDs
dnwqfjflk
j
nf4wifjw
pjkfwkfp
wkfpkwj
vcsmòs
SHSKKSDs
dnwqfjflk
j
Condotti I/O
Condotte da rete di
alimentazione
PROCEDURA PER UN PRODOTTO
Si individua la corrispondente norma di prodotto (specifica o di famiglia di prodotto)
In essa è riportato l’elenco delle prove di immunità da effettuare
Per ogni prova elencata <--> si fa riferimento alla corrispondente norma di base
61000-4-X
132
DISTURBI PROVENIENTI DALLA
RETE DI ALIMENTAZIONE
SHSKKSDs
dnwqfjflk
j
nf4wifjw
pjkfwkfp
wkfpkwj
vcsmòs
TENSIONE DI ALIMENTAZIONE
SHSKKSDs
dnwqfjflk
j
230 V - 50 Hz
Condotte da rete di
alimentazione
t
società distributrice garantisce
un valore di tensione pari al val.
nominale  10 %
DUE TIPOLOGE DI DISTURBI:
Variazioni della tensione di alimentazione
superiori al 10 % del tensione nominale per
intervalli di tempo anche di parecchi
periodi
Brusche variazioni di tensione di
durata inferiore al semiperiodo
(T=20ms)
VARIAZIONI
IMPULSI
66
ALCUNE CAUSE DI GENERAZIONE DEI DISTURBI SULLA RETE ELETTRICA
Valore di tensione della rete è funzione dei carichi collegati
1
La sottostazione compensa
con EG in modo da
mantenere 230 V.
2
La compensazione non è
immediata
(inerzia app. di controllo)
Utilizzatore 1
RG
EG
Sottostaz.
Utilizzatore 2
230 V
GUASTI A LIVELLO DI
UTILIZZATORE (C.TO - C.TO)
Inerzia nelle apparecchiature di protezione
134
ALTRE CAUSE DEI DISTURBI SULLA RETE ELETTRICA
3
Utilizzatore 1
RG
Producono archi elettrici,
quindi
scariche a sciame, pacchetti di
impulsi di tensione e corrente
- burst
EG
Sottostaz.
Utilizzatore 2
230 V
APERTURA O CHIUSURA
INTERRUTTORI
4
FULMINI SULLA RETE
ELETTRICA O IN PROSSIMITA’
i cui effetti magnetici si concatenano
con la rete (producono elevati picchi di tensione e
corrente - surge)
67
135
VARIAZIONI DI TENSIONE
Immunità ai buchi, variazioni e
interruzioni tensione di
alimentazione
CENELEC
61000- 4-11
NELLA NORMA DI BASE CEI EN 61000- 4-11:
Tipologie di disturbo (definizioni)
Modalità di esecuzione delle prove a seconda
delle diverse tipologie di prodotto
TIPOLOGIE DI DISTURBO
Si considera disturbo una variazione di tensione
di alimentazione oltre i valori contrattuali
Con durata minima superiore a mezzo periodo
e massima di parecchi periodi (a secondo
dell’entità della var.)
136
(sag or dip)
ABBASSAMENTO
2
AUMENTO
3
INTERRUZIONE (outage o
4
VARIAZIONI DI FREQUENZA
230 V
1
(swell)
buco di tensione)
Poco frequenti sulla rete di alimentazione
Possibili in sistemi autonomi di alimentazione
68
137
VARIAZIONI DI TENSIONE
MODALITA’ DI ESECUZIONE DELLE PROVE:
SHSKKSDs
dnwqfjflk
j
EUT
SHSKKSDs
dnwqfjflk
j
nf4wifjw
pjkfwkfp
wkfpkwj
vcsmòs
ALIMENTATORE VARIABILE
LIVELLI STABILITI DALLE
NORME (61000-4-11)
OSSERVAZIONE:
NUOVA TENSIONE %
RISPETTO VN
0
40
70
VAR. TENSIONE %
DI VN
DURATA VARIAZIONE
IN PERIODI
100
60
30
0.5 - 1
5 - 10
25 - 50
Alimentatore deve permettere l’interruzione ad un qualsiasi angolo di fase
dell’alimentazione ---> Va ricercato il caso peggiore
14
138
DISTURBI IMPULSIVI - BURST
Pacchetti di impulsi con polarità
+oIn ogni pacchetto:
parecchi impulsi di breve
durata a modesto
contenuto energetico
Dovuti all’azionamento degli interruttori,
con generazione di archi a sciame
CENELEC
61000- 4-4
NELLA NORMA DI BASE CEI EN 61000- 4-4:
Immunità a transitori veloci
(burst)
Caratteristiche del disturbo
(definizioni)
Modalità di esecuzione delle prove a seconda
delle diverse tipologie di prodotto
21
69
139
CARATTERISTICHE DEL DISTURBO RICHIESTE:
15 ms
BURST
V
t
300 ms
SINGOLO IMPULSO
BURST
in genere 0.2 ms (5 kHz)
V
1
0.9
0.5
0.1
< 0.2
5ns + 30%
50ns + 30%
22
140
LIVELLI DI SEVERITÀ - BURST
La norma specifica il livello dell’impulso riferendosi alla
situazione di generatore funzionante a vuoto
LIVELLO DI SEVERITÀ
PICCO DI TENS.
MIS. A VUOTO [kV]
FREQ. DI RIPETIZIONE
[kHz]
1
2
3
4
X
0.5
1
2
4
5
5
5
2.5
da concordare
da concordare
Il livello di severità dipende dal tipo di EUT e dall’ambiente in cui verrà utilizzato
ESEMPIO:
23
apparecchio destinato esclusivamente in ambienti in cui l’alimentazione è protetta da burst --> sottopongo a prove con liv. di severità più basso
Non è possibile sottoporre apparecchio a un certo liv. di severità e poi immetterlo su mercato
come adatto ad ambienti più disturbati
(es: per ambiente industriale)
Sempre possibile il viceversa
70
141
ESECUZIONE DELLE PROVE
Burst test equipment
EUT
BANCO DI PROVA (EN 61000-4-4): per EUT funzionanti su
tavolo di lavoro
Isolante
Piano di
riferimento
RETE
Tavolo di materiale isolante
PE
Piano di riferimento metallico di dimensioni minime opportune
(dim. min. 1 1m, deve sporgere almeno di 15cm da tutti i lati,
se Cu o Al ---> almeno 0.25mm, altrimenti almeno 0.65mm)
24
EUT
BURST SULLE LINEE I/O
SHSKKSDs
dnwqfjflk
j
nf4wifjw
pjkfwkfp
wkfpkwj
vcsmòs
Condotti I/O
SHSKKSDs
dnwqfjflk
j
142
NON PROVENGONO DIRETTAMENTE DA
APPARECCHIATURE CONNESSE
ALL’EUT
ma da accoppiamenti, in genere
capacitivi, tra cavo e ambiente
esterno
NELLE PROVE DI IMMUNITA’ (RICHIESTE DALLE NORME)
l’iniezione del disturbo sul cavo avviene per accoppiamento capacitivo
IL CAVO I/O VIENE POSTO ALL’INTERNO DI UNA
CAPACITIVE COUPLING CLAMP
28
71
143
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO:
linea I/O
4 superfici metalliche
2
1
3
Input da
gen. burst
clamp
4-
riferimento
EUT
EUT
SCHEMA ELETTRICO EQUIVALENTE E BANCO DI TEST:
CC
Piano di riferimento
PE
29
Generatore
di burst
Isolante (spessore 10 cm)
144
DISTURBI IMPULSIVI - SURGE
Disturbi impulsivi ad alto
contenuto energetico
Interessano sia le linee di
alimentazione, sia le linee I/O
Dovuti principalmente alle scariche
atmosferiche di temporali nelle vicinanze
CENELEC
61000- 4-5
Immunità ai transitori
impulsivi
(surge)
Caratteristiche del disturbo
(definizioni)
Modalità di esecuzione delle prove a seconda
delle diverse tipologie di prodotto
NELLA NORMA DI BASE CEI
EN 61000- 4-5:
72
145
CARATTERISTICHE DEL DISTURBO RICHIESTE:
Max 60 s
SURGE
V
t
V
I surge vengono sempre applicati
come impulsi singoli, con intervallo
max tra due impulsi di 1min
1
0.9
N. impulsi totali: 5 per ogni
polarità
0.5
0.1
t
< 0.3
1.2s + 30%
50 s + 30%
33
146
SCARICHE ELETTROSTATICHE
TRA DUE CORPI ANCHE DI DIVERSA NATURA POSTI IN CONTATTO:
Si può manifestare un trasferimento di cariche
(scarica elettrostatica ESD)
L’ENTITÀ DEL TRASFERIMENTO:
Dipende da numerosi fattori (carica iniziale accumulata, natura dei corpi,
superfici, forma)
IN UN CORPO CONDUTTORE:
La carica si distribuisce sulla superficie e produce
nell’intorno campo elettrico
E
Il campo elettrico dà luogo a una ddp tra corpo carico
e altri elementi del medesimo
ambiente
38
73
147
SCARICHE ELETTROSTATICHE
IL CORPO UMANO
è spesso la causa principale delle scariche
elettrostatiche che interessano le apparecchiature
elettroniche
Nell’analisi elettrostatica:
il corpo umano va considerato come conduttore
(anche se non ottimo)
E
Parti del suo abbigliamento sono frequentemente
soggette ad accumuli di carica
(suole in gomma, tessuti sintetici)
Per induzione elettrostatica:
si creano degli accumuli di carica sulla superficie
dell’uomo --> quindi campo E --> quindi ddp
VALORI TIPICI DI POTENZIALE ASSUNTI DAL CORPO UMANO:
qualche kV
(situazione limite 20-25kV)
39
148
AL CONTATTO O IN VICINANZA DI ALTRI
OGGETTI
Trasferimento di carica - corrente anche di
decine di A (inoltre irraggiamento)
EFFETTI SULLE APPARECCHIATURE ?
Spesso imprevedibili: malfunzionamenti, danneggiamenti, variazione bit in memoria,
variazioni stato del sistema … dipende da come sono state progettate
(statistica: 30% malfunzionamenti app. elettroniche dovute a ESD)
LA SCARICA PUÒ AVVENIRE IN DUE MODI DIVERSI:
Contatto diretto
E  V/d
Avvicinamento
d
Condizione di innesco: E > ER
ER : rigidità dielettrica aria
25 kV/cm (aria secca)
74
149
SCARICHE ELETTROSTATICHE
IN PRESENZA DI ARIA UMIDA :
Rigidità molto inferiore: al massimo qualche kV
Scariche più frequenti:
impossibile raggiungere potenziali elevati (ci si scarica prima)
L’UOMO PERCEPISCE LA SCARICA
ATTENZIONE:
solo se il suo potenziale è superiore a 3 kV
Le scariche non percepite (<3kV) possono comunque provocare
malfunzionamenti o danneggiamenti
(es: utilizzatore acquista componente elettronico, non funziona causa possibile? Scarica non percepita generata dall’utilizzatore stesso)
LE NORME :
TUTELANO IL CONSUMATORE
Richiedono che l’apparecchiatura sia immune alle scariche elettr.
entro determinati livelli
150
NELLA NORMA DI BASE CEI EN 61000- 4-2:
CENELEC
61000- 4-2
SCOPO:
Immunità alle scariche
elettrostatiche (ESD)
Valutare il comportamento dell’EUT alle scariche
elettrostatiche provocate principalmente dalle
cariche accumulate sul corpo umano
ESD
SHSKKSDs
dnwqfjflk
j
nf4wifjw
pjkfwkfp
wkfpkwj
vcsmòs
SHSKKSDs
dnwqfjflk
j
Caratteristiche del disturbo
(definizioni)
Modalità di esecuzione delle prove a
seconda delle diverse tipologie di
prodotto
42
75
151
GENERATORE DI SCARICHE
SCHEMA EQUIVALENTE SEMPLIFICATO (EN 61000-4-2):
T1
RC
DC HV
50-100M
Rd
T2
330
CS
puntale
150pF
GENERATORE AD ALTA TENSIONE:
ALLA CHIUSURA DI T2:
carica la capacità Cs
scarica di Cs attraverso Rd
Cs e Rd rappresentano il corpo umano dal punto di
vista elettrico
152
ORGANIZZAZIONE PROVE
BANCO DI TEST (EN 61000-4-2): per EUT funzionanti su tavolo
EUT
Generatore ESD
Isolante
Piano conduttore
470k
470k
Piano conduttore di
riferimento
PE
Tavolo di materiale isolante e di altezza stabilita ( 80 cm)
Tra EUT e piano conduttore superiore: isolante di spessore stabilito
76
Progettazione e Diagnostica
EMC
154
1. INTERFACCE ELETTRICHE
FG - Floating Grounding
MPG - Multi Point Grounding
SPG - Single Point Grounding
DSPG - Distributed Single Point Grounding
77
155
2. INTERFACCE MECCANICHE
shakeproof washer
156
3. FILTRI
P
ICM
ICM
L
½C
L
L
½C
L
N
accoppiamento
78
157
4. ALIMENTATORI
AC - 220 V
CB
RG
massa struttura
CB
VL
massa di rif. di segnale
158
5. SOPPRESSORI
79
159
SPG
6. CAVI & CONNETTORI
IS
160
7. SCHERMATURE
S' 'dB  20 log

 20 log n
2d
d

2

80
161
8. EMC ON PCB
U1
U2
ILH
U1
G
U2
IHL
P
G
P
Cd
162
Qualche esempio
81
GROUNDING
163
schema di un generico apparato elettronico
Trasmettitore sbilanciato (A) / bilanciato (AA’)
A
AC Power supply
A’
B
1’
3’
3
B’
1
2
DC Power supply
ricevitore sbilanciato (B) /
bilanciato (BB’)
Struttura (chassis) conduttiva
ANTENNA TX
164
ANTENNA RX
A
filtri
G
B
colleg.
asimmetrico
C
colleg.
simmetrico
filtri
F
D
+
cavo
triassiale
+
audio
bilanciato
H
H
I
srg
E
srg
dirty
box
dirty
box
I
82
GROUNDING
165
4. DISTRIBUTED SINGLE POINT
GROUNDING (DSPG)
Massa in un solo punto distribuita
In tali sistemi, la massa di riferimento di segnale è
connessa alla massa chassis
A
B
sistema
BONDING
e le interfacce di ingresso e uscita sono circuiti
bilanciati differenziali ad alto rapporto di reiezione di
modo comune
166
BOND INDIRETTO : collegamento realizzato mediante
bandelle metalliche fissate ad entrambe le
estremità mediante tecniche di bond
diretto
bond indiretto
bond diretto
non rappresenta quasi mai un
collegamento permanente
ed in molti casi è realizzato fra parti
metalliche in movimento l’una con le
altre
Il bond indiretto deve presentare bassa impedenza dalla
continua (DC) alla radiofrequenza (RF)
83
BONDING
167
RISCALDAMENTO DEI PUNTI
DI BONDING :
il problema del riscaldamento dei
punti di bonding riveste particolare
importanza in ambienti con materiali
infiammabili
Forti correnti di guasto attraverso
collegamenti di bonding ad elevata
resistenza
possono portare a
surriscaldamenti locali e
all’innesco di miscele esplosive
In ambienti esplosivi, occorre controllare
con cura la resistenza di bonding
FILTRI
168
SCHEMA TIPICO
DI UN FILTRO DI ALIMENTAZIONE
capacità verso massa
induttore CM
capacità di linea
C2
C1
C1
C2’
capacità di linea
induttore indipendente
DAL PUNTO DI VISTA DELLE CORRENTI CM :
le capacità di linea non hanno alcun effetto .
Il circuito equivalente per il CM si ottiene
cortocircuitando morsetti di ingresso e uscita
84
FILTRI
169
si ricordano inoltre …
FEEDTHROUGH CAPACITORS
condensatori passanti
-
condensatori caratterizzati da induttanza parassita nulla.
Adatti per applicazioni ad alta frequenza (ordine dei GHz)
Lo N
metallization
bulkhead (paratia) / massa
struttura
ceramic dielectric
inner
conductor
-
In alta frequenza la corrente viene deviata verso massa
attraverso la capacità passante
INSTALLAZIONE
170
Soluzione raccomandata :
apparato
ESEMPIO (5)
filtro
paratia di isolamento
Soluzione non raccomandata :
-
accoppiamento
ingresso
incrocio tra fili di
ingresso e fili di
uscita
uscita
filtro
85
L’andamento piatto in
frequenza
è infatti tipico delle resistenze
log|Z|
INDUTTORE
171
ZQ
L
Cp
Q
1
RL
L
Cp
Q<1
0
log 
Si possono realizzare resistori serie di alcune
centinaia di Ohm con Q<1 nel campo di frequenza
10-100 MHz
A tale scopo : ottimi risultati utilizzando
nuclei magnetici intorno ai conduttori
FERRITE BEAD
172
86
POWER CONVERTERS
173
ESEMPIO (2): Alimentatore con
commutazione sul primario
versione
FLYBACK CONVERTER
AC - 220 V
CB
CB
RG
massa struttura
VL
massa di rif. di segnale
POWER CONVERTERS
aletta di dissipazione
174
Il secondo contributo si manifesta invece
durante la fase di scarica :
VCB
t
tensione
rete
iDS
carica
t
iDS
scarica
t
10 ms
Si tratta di segnali impulsivi a pacchetti,
con pacchetti separati di metà del periodo della
tensione di rete
87
NELLA PROGETTAZIONE DI UN FILTRO :
i circuiti da considerare sono in definitiva
…
L
TA
ZLISN
IDM
ZLISN
TB
CB
Zin
IDMG
N
LISN
FILTRO
per il disturbo DM
L N
ZLISN
TA
ZLISN
TB
ICM
Cp
IDMG
PE
LISN
FILTRO
per il disturbo CM
176
SOPPRESSORI A GAS
spark - scintilla
FILTRI PER ALIMENTATORI
175
(SPARK GAP)
sono dispositivi a soglia di tensione
costituiti da due o più elettrodi metallici
ermeticamente chiusi all’interno di un contenitore
riempito di GAS
reoforo
GAS
elettrodo
campo E
contenitore
88
177
VARISTORI (MOV)
METAL OXIDE VARISTORS
sono resistori non lineari la cui
resistenza dipende dalla tensione
applicata
Variano la loro resistenza di molti ordini di grandezza
in tempi dell’ordine dei nanosecondi
ZG
A
A
intervalli 1 e 3
1 2 3
B
VG
A
intervallo 2
B
B
178
SOPPRESSORI AL SILICIO (TVS)
SILICON TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR
sono giunzioni al silicio PN (diodi)
specificatamente progettati per sopprimere i
transitori
I
I
V
silicio P
V
giunzione
P/N
V R BV V C
silicio N
VR
standoff voltage
BV
breakdown voltage
VC
clamping voltage
89
ASPETTI CIRCUITALI
179
ALTRO CIRCUITO
SOPPRESSORE
Si supponga di voler aumentare la velocità di
risposta di un TVS
R1
VT
R2
t
VCC
VL
VC
TVS
180
due modalità di avvolgimento:
A. A ELICA
B. A SIGARETTA
sovrapposizio
ne
CAVI SCHERMATI
La tensione VCC tiene il TVS nello stato di scarica,
infatti VCC va scelto : VCC > VB
SVANTAGGI FILM METALLICO :
Facile danneggiamento durante cablaggio
In caso di ossidazione del film : resistenza
tra avvolgimenti
90
COLLEGAMENTO SCHERMO
181
IN CONFIGURAZIONI COME QUESTA:
esistono due tipologie di
accoppiamento
1.
ZGND
-
COLLEGAMENTO SCHERMO
ACCOPPIAMENTO DI MODO
COMUNE
che non ha nulla a che fare con il tipo di
schermatura
dipende dai collegamenti fisici o parassiti tra masse
di segnale e massa struttura
182
2.
ACCOPPIAMENTO DI SCHERMATURA (S)
ZGND
-
dipende dalla qualità dell’intreccio e della
schermatura
-
In genere, a bassa frequenza prevale l’accoppiamento
di schermatura mentre ad alta frequenza
l’accoppiamento di modo comune
91
Entryshield (gasket, guarnizione conduttiva)
-
You can integrate Entryshield in your enclosure
easily
Dimension H should be at least three times the
maximum cable thickness
-
Entryshield should be precompressed 50 %
184
C:
INTRECCIO DEI CONDUTTORI
ISOLATI
(TWISTING)
consente di ridurre
notevolmente il crosstalk
induttivo
ESEMPIO :
EM
fem indotta
VL
EG
VL = EG - EM
con 4 anelli
?
EG
VL = ?
CROSSTALK
-
Catalogo Holland Shielding System
BV
ESEMPIO :
CONNETTORI
183
92
-
ribbon = nastro
CAVI PIATTI
RIBBON
CABLES
185
Hanno il vantaggio di
richiedere una semplice
connettorizzazione
Nei cavi piatti, i conduttori
occupano posizioni fisse (come
nei circuiti stampati)
BARRIERA
Necessario scegliere accuratamente la
posizione dei conduttori dei segnali e dei
loro ritorni
186
Soluzione :
in corrispondenza dell’ingresso dei cavi,
predisporre una dirty box e opportuni filtri e
soppressori
“dirty box”
Filtri e
soppressori
I disturbi EM e le correnti indotte rimangono
confinate all’interno della dirty box. I filtri deviano
tali correnti verso la massa struttura
In questo caso:
la barriera di 2° livello diventa l’insieme struttura
metallica, dirty box e filtri
93
6. Giunzioni di accesso (tipo di guarnizioni, contatti
digitali)
7. Effetto antenna dovuto ai conduttori che penetrano
all’interno della struttura schermante
schermo
188
di aria per la ventilazione :
schermo
-
schermo
SCHERMI NON UNIFORMI
SCHERMI NON UNIFORMI
187
guide
t
w
-
di comandi :
guida
manopola,
pulsante …
PCB
schermo
94
GASKET
189
-
A LAMELLE ELASTICHE (FINGERSTOCK)
di rame o berillio. Adatte per
pannelli di accesso anche di elevate
dimensioni
ESEMPIO “LA VITE E IL GASKET”
VITE
GASKET
190
ANALOGAMENTE (2):
-
+
-
EC IN
-
EC OUT
+
schermo per
ridurre la suscettibilità EM
Anche in questo caso, collegando a massa
lo schermo, le cariche non vincolate drenano verso
massa
EC IN = 0
-
EC OUT
-
CAMPO EM ORTOGONALE
… configurazione errata, foro della vite non
schermato
+
+
95
CAMPO EM ORTOGONALE
191
SOLUZIONE EFFICACE

OPPURE :
caso ottimale  minore L 
maggiore corrente
problema: fessure più grandi
192
PCB BASICS
1.
REQ.
The layer stack up of a multilayer board shall be
as follows:
4 layers (2 routing)S1
:
G
P
S2
6 layers (4 routing)S1
:
S2
G
P
S3
S4
6 layers (3 routing)S1
:
G
S2
P
G
S3
8 layers (6 routing)S1
:
S2
G
S3
S4
P
S5
S6
8 layers (4 routing)S1
:
G
S2
G
P
S3
G
S4
dove :
96
193
I circuiti di memoria assorbono elevate correnti
transitorie durante le commutazioni
mem
osc & ck
I/O
-
La loro presenza al centro del PCB assieme ad
oscillatori e clock, minimizza la lunghezza dei
collegamenti
-
Inoltre rende uniformemente distribuite a 360 ° le
correnti circolanti nei bus dati e di indirizzamento
connessi alla memoria
194
QUITE
Generate quite areas
7.
REQ.
le quite area sono sezioni del PCB fisicamente isolate dai
circuiti digitali e analogici, dai piani di massa e di
alimentazione
Quite area
ANALOG
section
PCB
COMPONENT SEL&LOC
RATIONALE :
DIGITAL
section
Moat (fossato)
I/O section
l’isolamento è dato dall’assenza di rame su tutti i piani
del PCB (anche sul piano di massa)
97
195
RATIONALE :
-
Il bridge blocca i disturbi presenti sulla massa digitale e
diretti verso la massa analogica
Power supply
Analog
Digital
VCC
VCC
GND
DC
DC +
-
Più stretto è la traccia di bridge più alta è l’impedenza
vista dalle correnti di massa ad alta frequenza della
sezione digitale
-
L’impedenza vista dalle correnti di massa analogiche (a bassa
frequenza) rimane relativamente bassa
Società di ingegneria
ENERGIA - SICUREZZA - AMBIENTE
Sede legale
Via Ten. E. Velo, 28
Romano d’Ezzelino (VI)
Tel. +39 0424 382638
Fax +39 0424 37115
[email protected]
www.necsi.it
98