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
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
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
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).
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" .
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
Site: www.emctecnologia.com.br
E-mail: [email protected]