Fundação de Ciência e Tecnologia - Seminário 2012

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A Compatibilidade Eletromagnética

em

Equipamentos Eletrônicos

Eng. Marcio Hugo Caloy - EMC TECNOLOGIA

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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.

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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?

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Falha em freio ABS

Os freios eram afetadas pelos transmissores de rádio.

Freio anti-bloqueio (ABS) de aeronaves e automóveis funcionavam

indevidamente.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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 ?

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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.

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.

Os ensaios que você fizer no seu projeto

eletrônico no início, poderá prover o seu

sucesso sem custos elevados

Ensaios e desenvolvimento

de um

plano de EMC

19/09/2012 17 EMC TECNOLOGIA

Formas de cortar os ruídos

Blindagem perfeita

de um equipamento

Eletrônico contra

Interferência externas

é uma caixa blindada

sem aberturas

-as aberturas;

-as entradas de energia externa;

-e outras entradas e saídas de cabos de comunicações

com o mundo exterior.

O que deve ser considerado, na obtenção de uma

blindagem perfeita, sem interferências externas num

equipamento eletrônico ?

A.C. power port

D.C. power port

Earth port

Signal port

aberturas

Equipamento

eletrônico no

mundo real

Ensaios necessários para funcionar no mundo real

Ensaios no gabinete:

-Emissão radiada

-Suscetibilidade radiada

-ESD

Equipamento

eletrônico

Ensaios necessários para funcionar no mundo real

Equipamento

eletrônico

Ensaios necessários para funcionar no mundo real

Porta energia A.C.

Radiated Emissions Conducted Emissions

Radiated Immunity

Conducted Immunity Surge , EFT Voltage Dips & Interrupts Harmonics, Flicker

Equipamento

eletrônico

Porta energia D.C.

Radiated Emissions Conducted Emissions

Radiated Immunity

Conducted Immunity Surge, EFT Voltage Dips & Interrupts

Ensaios necessários para funcionar no mundo real

Equipamento

eletrônico

Portas de sinais Radiated Emissions Conducted Emissions Radiated Immunity Conducted Immunity Surge, EFT

Ensaios necessários para funcionar no mundo real

Equipamento

eletrônico

Conexão de aterramento Radiated Emissions Conducted Emissions Radiated Immunity Conducted Immunity Surge, EFT

Ensaios necessários para funcionar no mundo real

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)

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)

Quais são os erros mais comuns com foco na

compatibilidade eletromagnética?

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.

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.

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 61000-3-2

– Flicker – EN 61000-3-3

– Electrostatic Discharge – EN 61000-4-2

– Radiated Immunity – EN 61000-4-3

– Electrically Fast Transient Immunity – EN 61000-4-4

– Surge Immunity – EN 61000-4-5

– Conducted Immunity – EN 61000-4-6

– Magnetic Immunity - EN 61000-4-8

– Voltage dips/interrupts – EN61000-4-11

Ensaio de Emissão Radiada

Simulação de emissão radiada

Definido em dBuV/m

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)

Dicas de projeto para evitar-se as Emissões

Irradiadas

Ensaio de Emissão Conduzida

Signal

Monitoring

Device Sinal vindo do equipamento para rede energia

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).

Ensaio de imunidade à ESD

Imunidade à descarga eletrostática - ESD

Considere os limites aceitáveis de desempenho para o seu

dispositivo dentro da aplicação de uso.

Descarga eletrostática

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" .

Imunidade Radiada

Imunidade Radiada

Câmara anecôica

Célula GTEM

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.

Dicas para Imunidade Radiada

Imunidade à transientes rápidos (EFT)

Controlled

Signal

Source

Ruídos provocados por chaveamentos de cargas indutivas

(relés, contatoras, motores e etc.)

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)

Imunidade à Surge

Controlled

Pulse

Source

Ruídos provocados por descargas atmosféricas, use supressores

de transientes na entrada do circuito (varistores, centelhadores e

etc,)

Imunidade RF Conduzida nos cabos

Controlled

Signal

Source

Ruídos provocados por campos de RF, acoplados nos cabos de

energia e cabos de redes.

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)

Imunidade à variação de tensão

Use fontes certificadas.

Redimencione os capacitores de carga da fontes.

Controlled

Voltage

Source

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

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;

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.

Obrigado

Eng. Marcio Hugo Caloy

EMC TECNOLOGIA

Fone:(51)3019-6281 / 9646-1536

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E-mail: treinamento@emctecnologia.com.br