Fundação de Ciência e Tecnologia - Seminário A Compatibilidade Eletromagnética em Equipamentos Eletrônicos

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1 Fundação de Ciência e Tecnologia - Seminário A Compatibilidade Eletromagnética em Equipamentos Eletrônicos Eng. Marcio Hugo Caloy - EMC TECNOLOGIA 1

2 Propósito O propósito desta apresentação é a de aumentar a consciência em relação à compatibilidade eletromagnética (EMC) ou a "coexistência de" problemas de dispositivos eletrônicos. 2

3 O que será apresentado? Veremos alguns exemplos da falta de compatibilidade eletromagnética na vida real? Quais são os conceitos de EMC? Exemplos de ensaios e recomendações para supressão? 3

4 Falha em freio ABS Freio anti-bloqueio (ABS) de aeronaves e automóveis funcionavam indevidamente. Os freios eram afetadas pelos transmissores de rádio. 4

5 Passageiros da aviação usando dispositivos eletrônicos Passageiros carregando dispositivos eletrônicos fornecem um grupo separado de casos. Eles mostram a susceptibilidade de modernos sistemas eletrônicos a bordo de aeronave. 5

6 Os sistemas elétricos existem em todos os lugares Há uma proliferação sem precedentes de dispositivos elétricos e controles eletrônicos, em quase todos os aspectos da vida humana, A inteligência" está sendo adicionada até mesmo para os produtos de mais baixo custo, devido a: Proliferação geral da eletrônica; Baixo preço de blocos funcionais integrados, economia de escala; O progresso no processamento de sinais digitais em todas as áreas. 6

7 Nós dependemos dos sistemas eletrônicos A vida dos indivíduos e o funcionamento da sociedade, é cada vez mais dependente do funcionamento sem erros de numerosos sistemas, tais como: Telecomunicações; Sistemas aéreos, marítimos; Sistemas de transportes terrestres; Os sistemas de segurança em geral. 7

8 A maioria de tais sistemas, são controlados por hardware eletrônico e software. Apesar de controles eletrônicos ( sua inteligência") trazerem muitos benefícios, eles também sofrem problemas de desempenho, confiabilidade e interferência. A interferência eletromagnética é um dos principais problemas relacionados ao desempenho e confiabilidade, comuns a todas tecnologias eletrônicas. 8

9 O que é a Interferência Eletromagnética (EMI) Qualquer perturbação eletromagnética que possa interromper, obstruir ou degradar o desempenho de um equipamento. Ela pode ser induzida não intencionalmente, como resultado de emissões espúrias, vulnerabilidades e etc. Exemplos: -Descargas atmosféricas, descargas eletrostáticas; -Sinais de rádio, TV, celulares e etc. -Ruídos provocados por relés, motores, circuitos indutivos e etc. 9

10 Tendências mundiais A integração e crescente complexidade de sistemas eletrônicos e componentes, tornam os sistemas mais vulneráveis às influências elétricas. Novos chips de silício tendem a ser mais suscetíveis à perturbação de EMI: - Rápidos tempos de transição devido ao aumento da frequência, maior espectro de radiação eletromagnética; - Acoplamentos entre trilhas devido a miniaturização. A miniaturização e a proliferação de aparelhos eletrônicos / elétricos (com e sem fio) produzem as fontes e as vítimas de distúrbios, o que aumenta o potencial de interferência. 10

11 Tendências mundiais EMI pode causar mau funcionamento de qualquer componente do sistema eletrônico, em particular de circuitos integrados. Um componente avariado pode perturbar o funcionamento de um sistema, podendo causar efeitos desastrosos. Tal interrupção em aplicações relacionadas à segurança, podem provocar um acidente ou catástrofe. 11

12 Como alcançar a Compatibilidade eletromagnética (EMC)? Para amenizar a interferência, os limites aceitáveis para as emissões, a imunidade e acoplamentos, devem ser observados na operação de quaisquer sistemas e dispositivos. Estes dispositivos devem ser observados durante todo o ciclo de vida: projeto, produção, instalação e manutenção. Os sistemas devem ser verificados através de métodos de ensaios apropriados. 12

13 O que devemos considerar num projeto de um equipamento eletrônico: Quais os distúrbios que meu equipamento pode ser exposto? (agora e no futuro próximo)? Equipamento eletrocardiógrafo Quais são os efeitos previsíveis de tais distúrbios? (no meu sistema)? Problema de indicação dos batimentos cardíacos? Quais os distúrbios que meu equipamento provoca e como estes poderiam afetar outros sistemas? (existentes ou previstos)? Quais são as implicações previsíveis de tais perturbações (escala de gravidade do risco e perigo)? Existe risco de vida? 13

14 Qual o nível de confiança dos testes? Verificação? Prova? Especificação? Documentação? Atender as normas ANVISA? É necessário que os itens acima sejam totalmente considerados e ações devem ser tomadas para atingir o nível desejado de segurança. Certifique-se de que foram realizados testes apropriados de validação após a instalação, modificação, manutenção, renovação e atualização dos equipamentos. 14

15 Realize uma análise das lacunas em EMC Uma análise dos projetos terá de ser realizada, para reunir o status de conformidade em EMC dos equipamentos, em termos de: Declarações de Conformidade; Normas usadas; Relatórios de ensaios. Os teste de EMC de equipamentos de nossos parceiros podem ser exigidos, se um desempenho inadequado em EMC é identificado através dessa análise.

16 Os ensaios que você fizer no seu projeto eletrônico no início, poderá prover o seu sucesso sem custos elevados

17 Ensaios e desenvolvimento de um plano de EMC 19/09/2012 EMC TECNOLOGIA 17

18 Formas de cortar os ruídos

19 O que deve ser considerado, na obtenção de uma blindagem perfeita, sem interferências externas num equipamento eletrônico? -as aberturas; -as entradas de energia externa; -e outras entradas e saídas de cabos de comunicações com o mundo exterior. Blindagem perfeita de um equipamento Eletrônico contra Interferência externas é uma caixa blindada sem aberturas

20 Ensaios necessários para funcionar no mundo real aberturas Signal port Earth port Equipamento eletrônico no mundo real A.C. power port D.C. power port

21 Ensaios necessários para funcionar no mundo real Ensaios no gabinete: -Emissão radiada -Suscetibilidade radiada -ESD Equipamento eletrônico

22 Ensaios necessários para funcionar no mundo real Porta energia A.C. Equipamento eletrônico Radiated Emissions Conducted Emissions Radiated Immunity Conducted Immunity Surge, EFT Voltage Dips & Interrupts Harmonics, Flicker

23 Ensaios necessários para funcionar no mundo real Porta energia D.C. Equipamento eletrônico Radiated Emissions Conducted Emissions Radiated Immunity Conducted Immunity Surge, EFT Voltage Dips & Interrupts

24 Ensaios necessários para funcionar no mundo real Portas de sinais Radiated Emissions Conducted Emissions Radiated Immunity Conducted Immunity Surge, EFT Equipamento eletrônico

25 Ensaios necessários para funcionar no mundo real Conexão de aterramento Radiated Emissions Conducted Emissions Radiated Immunity Conducted Immunity Surge, EFT Equipamento eletrônico

26 Quais são os erros de EMC mais comuns? 1. Total desconsideração inicial da aplicação da EMC nos projetos eletrônicos; (grande maioria das empresas) 2. A incorreta instalação dos cabos blindados: terminação do cabo, não aterradas no acesso ao gabinete; (não existe blindagem) 3. Falta de elementos de supressão aos pulsos de ESD, Surge e Burst; (grande maioria das empresas) 4. Falta de filtros para supressão aos ruídos de alta frequência, provenientes das fontes de alimentação chaveada; (em geral filtros com baixa eficiência - componentes) 5. Blindagens, costuras e aberturas de gabinetes: juntas mal executadas, ou superfícies de contato irregulares. (poderá ocorre a perda da blindagem)

27 Quais são os erros mais comuns com foco na compatibilidade eletromagnética? 6. Conexão dos cabos de aterramentos extremamente longos; (o aterramento funciona como uma grande antena) 7. A falta de filtros de alta frequência nas entradas analógicas: (prejudica a imunidade conduzida e radiada) 8. Falta de proteção para os efeitos provocados pela ESD, provocando emissão radiada, devido ao rápido dv/dt; 9. Uso de placas de circuito impresso, com somente uma face; (grande maioria das empresas, é mais barato?) 10. Filtros de redes A.C. com inadequado posicionamento dentro do gabinete. (é como se não existisse filtro)

28 Campos eletromagnéticos estão em toda parte Assim, podem ocorrer acoplamentos radiados e conduzidos; Sempre devemos verificar a possiblidade de ocorrere a suscetibilidade dos circuitos, com relação as emissões externas.

29 Todo circuito sempres gera campos eletromagnéticos Assim, sempre ocorrerão as emissões radiadas e conduzidas; Verificar a possiblidade de que as emissões superem os limites máximos permitidos pelas normas.

30 As normas de ensaios mais usadas em EMC Radiated Emissions CISPR 11 or CISPR 22 Conducted Emissions CISPR 11 or CISPR 22 Harmonic Emissions EN Flicker EN Electrostatic Discharge EN Radiated Immunity EN Electrically Fast Transient Immunity EN Surge Immunity EN Conducted Immunity EN Magnetic Immunity - EN Voltage dips/interrupts EN

31 Ensaio de Emissão Radiada

32 Simulação de emissão radiada Definido em dbuv/m

33 Dicas de projeto para evitar-se as Emissões Irradiadas Use cabeamento blindado; Use gabinetes blindados (metálico ou tinta condutiva); Limite as aberturas de ventilação; (perda da blindagem) Use ferrites nos cabos onde for necessário; (ferrites de qualidade) Os conectores devem estar aterrados;(perda da blindagem) Portas do gabinete devem estar aterradas; (perda da blindagem) Use circuito impresso multi-layer; (melhora a supressão das emissões)

34 Ensaio de Emissão Conduzida Signal Monitoring Device Sinal vindo do equipamento para rede energia

35 Dicas para evitar-se a emissão conduzida Use de cabo blindado; (ganho de blindagem) Use ferrites em cabos, se necessário; (ferrites com qualidade) Use filtros para rede de energia A.C. e nas portas de I/O; Use gabinete com aterramento contínuo; Use circuito impresso multi-camada; (sempre).

36 Ensaio de imunidade à ESD

37 Imunidade à descarga eletrostática - ESD Considere os limites aceitáveis de desempenho para o seu dispositivo dentro da aplicação de uso. Descarga eletrostática

38 Dicas para imunidade à ESD Verifique se o circuito impresso tem um ou mais plano de terra;(supressão de acoplamento com o plano de terra) Certifique-se na instalação de fontes de energia, o uso do terceiro pino (aterramento); (sempre usar) Numa caixa plástica, considere o uso de revestimento com tinta condutiva ou outro tipo de blindagem; Nos teclados, considere o uso de um "Backplane".

39 Imunidade Radiada

40 Imunidade Radiada Câmara anecôica Célula GTEM

41 Dicas para Imunidade Radiada Use o cabeamento blindado; Limite aberturas no gabinete; Use ferrites em cabos, se necessário; Verifique se os conectores são adequadadamente aterrados; Verifique se o gabinete tem um bom aterramento; Use sempre circuito impresso (PCB) multi-camada.

42 Imunidade à transientes rápidos (EFT) Ruídos provocados por chaveamentos de cargas indutivas (relés, contatoras, motores e etc.) Controlled Signal Source

43 Dicas para imunidade à transientes rápidos (EFT) Verifique se o circuito impresso tem um plano de terra ; (EFT se combate principalmente com plano de terra) Verifique se o equipamento tem um filtro de linha para rede de dados; Verifique se há supressão de transientes nos componentes do PCB?; Use cabos blindados quando necessário; Empregue PCB multi-camada; (EFT se combate principalmente com plano de terra)

44 Imunidade à Surge Ruídos provocados por descargas atmosféricas, use supressores de transientes na entrada do circuito (varistores, centelhadores e etc,) Controlled Pulse Source

45 Imunidade RF Conduzida nos cabos Ruídos provocados por campos de RF, acoplados nos cabos de energia e cabos de redes. Controlled Signal Source

46 Dica para Imunidade RF Conduzida Existem filtros nas unidade de energia e de linhas de I / O; Use ferrites em cabos, se necessário; Cabos blindados; (funciona como um elemento supressor importante) Use PCB multi-camada sempre que possível; (funciona como um grande capacitor de desacoplamento)

47 Imunidade à variação de tensão Use fontes certificadas. Redimencione os capacitores de carga da fontes. Controlled Voltage Source

48 Avaliação das recomendações de proteção do circuitos E.Radiada E.Conduzida ESD Imu.Radiada EFT Surge RF conduz Cabos blindados X X X X X X Gabinetes blindados X X X Aberturas X X Ferrites X X X X X Conectores aterrados X X X Portas gabinete aterradas X multi-layer aterrado X X X X X X Gabinetes aterrados X X 3 pino aterrado X X X Backplane X X Filtro de linha X X X Supressores transientes X X

49 Considerações sobre as etapas no desenvolvimento de um plano de sucesso em EMC Descreva detalhadamente os blocos funcionais do projeto eletrônico; Elabore o projeto, aplicando desde o inicio os conceitos de compatibilidade eletromagnética; Considere todas as Diretivas aplicáveis no projeto; Quais são os requisitos do projeto em EMC, segundo as normas aplicáveis; Elabore uma descrição técnica detalhada dos ensaios; Realize os pré-teste para desenvolvimentos, na empresa ou em laboratórios; Realize os testes de avaliação da conformidade em EMC, em laboratórios credenciados;

50 Considerações finais No estágio do desenvolvimento mundial atual, considerando-se a globalização dos mercados, devemos levar em conta o que segue: A avaliação da conformidade em EMC de um produto, tornou-se imperativa, considerando o nível de exigência do mercado consumidor atual local ou mundial; Qualquer empresa que quiser manter-se competitiva no cenário internacional, deverá buscar sempre a avaliação da conformidade para seus produtos; A empresa que desconsiderar o que foi exposto acima, estará fadada a desaparecer de qualquer cenário.

51 Obrigado Eng. Marcio Hugo Caloy EMC TECNOLOGIA Fone:(51) / Site:

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