O que é compatibilidade eletromagnética?
A compatibilidade eletromagnética (EMC) é a capacidade de um dispositivo elétrico funcionar corretamente em seu ambiente sem ser afetado por interferências eletromagnéticas de outros dispositivos, incluindo aqueles que empregam a tecnologia de banda ultralarga (UWB). Portanto, a EMC inclui dois padrões de teste: interferência eletromagnética (EMI) e suscetibilidade eletromagnética (EMS). Continue lendo para saber mais sobre a EMC e como você pode evitar que ela afete negativamente seus equipamentos eletrônicos.
Normas de certificação EMC
As normas de compatibilidade eletromagnética são importantes para os fabricantes que têm de lidar com EMC. Existem muitas normas EMC diferentes e muitos setores diferentes que necessitam de testes EMC.
Organização Internacional
- IEC: Comissão Eletrotécnica Internacional, inclui 3 ramos:
CISPR: Comitê Especial Internacional sobre Interferência de Rádio
TC77: Comitê Técnico sobre Compatibilidade Eletromagnética em Equipamentos Elétricos (incluindo Redes de Energia)
TC65: Medição e Controle de Processos Industriais
- ISO: Organização Internacional de Normalização;
- IEEE;
- ETSI: Comité Europeu de Normalização das Telecomunicações;
- CCIR: Comitê Consultivo Internacional de Radiocomunicações;
- ITU;
FCC: Federal Pass;
VDE: Associação Alemã de Engenheiros Elétricos;
VCCI: Interferência civil japonesa;
BS: Norma Britânica;
ABSI: Norma Nacional Americana;
GOSTR: Norma do governo russo;
GB, GB/T: Norma Nacional Chinesa.
Como testar a compatibilidade eletromagnética?
Existem várias maneiras de testar a compatibilidade eletromagnética (EMC). Um método comum é usar uma câmara EMC. Trata-se de uma sala especialmente projetada para bloquear campos eletromagnéticos externos, de modo que os únicos campos presentes sejam aqueles gerados pelo dispositivo em teste. Medindo a resposta do dispositivo a vários tipos de campos eletromagnéticos, é possível determinar se ele é compatível com esses campos. Outros métodos de teste de EMC incluem o uso de câmaras anecoicas e gaiolas de Faraday.
1. Escolha um laboratório de testes EMC
Salas blindadas, áreas abertas, câmaras anecóicas, câmaras de reverberação, TEMs e GTEMs estão entre os locais mais comuns para testes de EMC. Entre eles, as câmaras anecóicas são os locais de teste mais comuns. Uma câmara anecóica é usada para proteger as ondas eletromagnéticas, exceto o equipamento de teste, de interferir com outras ondas eletromagnéticas. Seu princípio é absorver ondas eletromagnéticas usando materiais absorventes de ferrite para eliminar a interferência eletromagnética no ambiente.
câmaras anecoicas
Os tipos atualmente conhecidos de câmaras anecóicas podem ser divididos em salas de teste de padrão de antena, salas de teste de seção transversal de radar, salas de teste de compatibilidade eletromagnética (EMC) e salas de teste de guerra eletrônica (contramedidas), de acordo com seus usos. As mais comuns são a câmara anecoica completa e a câmara semi-anecoica. O tamanho e a seleção dos materiais absorventes de RF são determinados principalmente pelo tamanho da câmara e pelos requisitos de teste do equipamento em teste (EUT).
Princípio do teste
A câmara anecoica é preenchida com materiais absorventes em forma de cone e possui um corpo absorvente composto por esponja em forma de pirâmide impregnada com pó absorvente. Seu tamanho está relacionado à frequência de absorção e sua função também é absorver ondas eletromagnéticas desnecessárias e eliminar sinais refletidos. Ela pode atender à taxa de absorção de ondas eletromagnéticas da banda de frequência de 30 MHz a 40 GHz e 10 a 20 dB. O absorvedor de ondas eletromagnéticas usado na câmara anecoica de blindagem de ondas eletromagnéticas é adaptado ao tamanho da câmara anecoica, e a espessura é continuamente reduzida para utilizar efetivamente o espaço.
2. Selecione o equipamento de teste EMC
No processo de teste EMC, o equipamento de teste de suporte será diferente de acordo com os diferentes setores do equipamento a ser testado. Detalhes a seguir:
Equipamento de teste EMI: receptores EMI, acessórios EMI, acessórios de teste EMI conduzido, antenas de teste EMI irradiado, analisadores de flicker harmônico, sondas de campo próximo, etc. Equipamento
de teste EMS: gerador de sinal EMS, equipamento auxiliar EMS, etc.
3. Procedimento de teste
Muitas métricas diferentes podem ser usadas para medir a EMC em um dispositivo ou equipamento individual. No entanto, existem algumas métricas que são mais comuns para medições de EMC em eletrônicos.
Métricas de teste EMI:
- Corrente harmônica (2ª a 40ª harmônica);
- Cintilação intermitente;
- Perturbação conduzida (CE);
- Perturbação por radiação (RE);
Métricas de teste EMS:
- Imunidade à descarga eletrostática (ESD);
- Imunidade a campos eletromagnéticos irradiados (80 MHz～1000 MHz) (RS);
- Imunidade a transientes elétricos rápidos/burst;
- Imunidade a surtos (quedas de raios);
- Imunidade à corrente de injeção (150 kHz～230 MHz) (CS);
- Imunidade a quedas de tensão e interrupções curtas.
3.1 Teste harmônico
Os testes harmônicos examinam principalmente a influência dos harmônicos nas redes de alimentação de baixa tensão sobre esses equipamentos sensíveis à frequência.
Norma de teste: EN61000-3-2
- a) Especificar limites para correntes harmônicas emitidas para a rede pública.
- b) Especificar limites para o conteúdo harmônico da corrente de entrada gerada pelo equipamento em teste no ambiente especificado.
- c) Aplicável a equipamentos elétricos e eletrônicos conectados à rede pública de baixa tensão com uma corrente de entrada menor ou igual a 16A.
Princípio da experiência harmônica: Devido ao modo de funcionamento dos equipamentos eletrônicos, componentes não lineares e vários ruídos de interferência, a corrente de entrada não é uma onda senoidal completa e frequentemente contém componentes harmônicos de alta ordem, causando poluição na rede elétrica. Esse fenômeno é chamado de distorção harmônica.
3.2 Flutuação de tensão e oscilação
O objetivo desta norma é garantir que o produto não cause efeitos de cintilação indevidos (luzes piscando) no equipamento de iluminação ao qual está conectado.
Norma de teste: EN 61000-3-3
- a) Limites dos efeitos das flutuações constantes de tensão e cintilação na rede pública.
- b) Orientação para especificar limites e métodos de avaliação das variações de tensão produzidas pelo protótipo em teste em condições especificadas.
- c) É adequado para equipamentos elétricos e eletrônicos de 220 V a 250 V, 50 Hz conectados à rede pública de baixa tensão com uma corrente de entrada inferior ou igual a 16 A por fase.
A imagem abaixo mostra a taxa de variação por minuto ou o tempo de variação permitidos para cada valor relativo de variação de tensão. Pode-se entender que quanto maior for a faixa de variação de tensão, menor será a velocidade de variação permitida ou maior será o tempo de variação necessário.
Limites:
- O valor Pst não deve ser superior a 1,0;
- O valor Pit não deve ser superior a 0,65;
- o valor de d(t) durante uma alteração de tensão não deve exceder 3,3% por mais de 500 ms;
- a variação relativa da tensão em estado estacionário, dc, não deve exceder 3,3%;
- a variação máxima relativa de tensão dmax não deve exceder 4%.
3.3 Emissões conduzidas CE (0,15-30 MHz)
Norma de teste: EN61000-6-4
A) Equipamentos eletrônicos e elétricos de medição e teste;
B) Equipamentos de controle eletrônicos e elétricos;
C) Equipamentos elétricos e eletrônicos de laboratório;
Classificação dos equipamentos
Classe A: (não doméstico) equipamento adequado para utilização em todos os estabelecimentos que não sejam domésticos e aqueles diretamente ligados a uma rede de alimentação de baixa tensão que abastece edifícios utilizados para fins domésticos.
Classe B: equipamento (doméstico) adequado para utilização em estabelecimentos domésticos e em estabelecimentos diretamente ligados a uma rede de alimentação elétrica de baixa tensão que abastece edifícios utilizados para fins domésticos.
princípio da experiência:
Quando a frequência do ruído de interferência dos equipamentos eletrônicos é inferior a 30 MHz, ele interfere principalmente na banda de frequência de áudio. Para o comprimento de onda desse tipo de onda eletromagnética, o cabo dos equipamentos eletrônicos é menor que o comprimento de onda de uma onda (o comprimento de onda de 30 MHz é de 10 m), e a eficiência de radiação no ar é muito baixa. Dessa forma, se a tensão de ruído induzida no cabo puder ser medida, o grau de interferência de ruído eletromagnético nessa banda de frequência poderá ser medido, e esse tipo de ruído é ruído conduzido.
Uma rede de estabilização de impedância de linha (LISN) é um dispositivo usado para medir a interferência eletromagnética (EMI) emitida por dispositivos eletrônicos. É normalmente usada em conjunto com um osciloscópio ou analisador de espectro.
O efeito do LISN:
1. Desempenha uma função de isolamento de alta frequência entre o EUT e a fonte de alimentação para impedir que o ruído da fonte de alimentação entre no EUT e afete os resultados da medição.
2. Simule a impedância real da fonte de alimentação e forneça uma impedância especificada entre os terminais de alimentação do EUT para unificar os resultados da medição.
3. Manter a impedância na banda de teste estável em 50 ohms para obter a entrada com a correspondência de impedância do receptor de medição/analisador de espectro.
3.4 Emissão irradiada RE (30-1000 MHz)
Norma: EN61000-6-4
Classificação do equipamento
Classe A: equipamentos adequados para utilização em todos os estabelecimentos, exceto os domésticos e os diretamente ligados a uma rede de alimentação de baixa tensão que abastece edifícios utilizados para fins domésticos. Não doméstico
Classe B: equipamento adequado para utilização em estabelecimentos domésticos e em estabelecimentos diretamente ligados a uma rede de alimentação de baixa tensão que abastece edifícios utilizados para fins domésticos.
a) Equipamentos elétricos e eletrónicos de medição e ensaio
b) Equipamentos de controlo eletrónicos e elétricos
c) Equipamentos elétricos e eletrónicos de laboratório
Princípio da experiência de emissão radiada:
Quando o comprimento total da antena é superior a 1/20 do comprimento de onda do sinal λ, será gerada uma emissão de radiação efetiva no espaço. Quando o comprimento da antena é um múltiplo inteiro de λ/2, a energia irradiada é a maior. Quando a frequência do ruído é superior a 30 MHz, os cabos, aberturas e espaços dos equipamentos eletrónicos são suscetíveis de satisfazer as condições acima referidas, resultando na emissão de radiação.
3.5 Descarga eletrostática (ESD)
O objetivo da descarga eletrostática é testar a capacidade de um único dispositivo ou sistema de resistir à interferência da descarga eletrostática.
Norma: IEC 61000-4-2 Critérios B
Princípio do experimento: O experimento ESD consiste em simular a descarga eletrostática gerada pelo corpo humano e objetos quando entram em contato com o equipamento, ou a descarga do corpo humano e do objeto para os objetos adjacentes, incluindo a troca direta de energia, causando danos ao dispositivo ou ao campo próximo (campo elétrico e campo magnético) causados pela descarga. mudança), resultando em mau funcionamento do dispositivo.
3.6 Suscetibilidade irradiada (RS)
O objetivo da suscetibilidade à radiação é testar a capacidade de um único dispositivo ou sistema de resistir a perturbações do campo elétrico externo.
Norma: IEC 61000-4-3 Critérios A
Forma de onda de teste:
- Faixa de frequência: 80 MHz-2,5 GHz
- Modulação: 80% AM, onda senoidal de 1 kHz
- Tamanho do passo de frequência: 1%
- Tempo de permanência: 3 s
3.7 EFT de rajada rápida
O objetivo do experimento é investigar a capacidade de um único dispositivo ou sistema de resistir a perturbações transitórias rápidas. Essas perturbações transitórias são causadas por ações transitórias, como interrupção de cargas indutivas, resultando no aparecimento de grupos de pulsos, alta frequência de repetição de pulsos, tempo de subida curto e energia de pulso único. Um nível baixo causará o mau funcionamento do dispositivo.
Norma: IEC 61000-4-4 Critérios B
3.8 Levanta-te
O objetivo do experimento é examinar a capacidade do EUT de resistir à interferência de surtos. Essas perturbações transitórias são causadas por falhas de curto-circuito de outros equipamentos, comutação do sistema de alimentação principal e descargas indiretas de raios.
Norma: IEC 61000-4-5 Critérios B
3.9 Interferência de radiofrequência conduzida (CS)
O objetivo do experimento é examinar a capacidade de um único dispositivo ou sistema de resistir a perturbações conduzidas.
Norma: IEC 61000-4-6 Critérios A
Princípio experimental: Investiga principalmente a imunidade à tensão de interferência contínua de 0,15 MHz a 80 MHz introduzida a partir do fio ou cabo do mundo exterior, como sinais de um modulador RF HDMI.
Forma de onda de teste:
- Faixa de frequência: 0,15 MHz-80 MHz
- Modulação: 80% AM, onda senoidal de 1 kHz
- Tamanho do passo de frequência: 1%
- Tempo de permanência: 3s
3.10 Quedas de tensão
O objetivo do experimento é investigar a capacidade do EUT de resistir a quedas e oscilações de tensão.
Norma: IEC 61000-4-11 Critérios B e C
Como melhorar a compatibilidade eletromagnética?
1. Projeto de blindagem EMC
A eficácia do seu projeto de blindagem EMC depende do tipo de material escolhido e da forma como ele é implementado. Você pode melhorar ainda mais o desempenho combinando diferentes tipos de materiais ou escolhendo uma determinada orientação para cada camada específica da sua blindagem.
1.1 Design do orifício de ventilação e abertura
1.2 Projeto de blindagem estrutural de juntas sobrepostas
1.3 O cabo passa através do corpo de blindagem
Se os condutores saírem da blindagem, a eficácia da blindagem será significativamente reduzida. Essa penetração ocorre normalmente quando o cabo sai da blindagem.
1.4 Princípios de projeto para cabos que saem do corpo de blindagem
1.4.1 Quando forem utilizados cabos blindados, na saída dos cabos blindados do corpo de blindagem, deve ser adotada uma estrutura de fio de fixação para garantir uma ligação à terra fiável entre a camada de blindagem do cabo e o corpo de blindagem e proporcionar uma impedância de contacto suficientemente baixa.
1.4.2 Ao utilizar cabos blindados, utilize conectores blindados para transferir os sinais para fora do corpo de blindagem e garanta o aterramento confiável das camadas de blindagem dos cabos através dos conectores.
1.4.3 Ao usar um cabo não blindado, use um conector de filtro para transferir. Devido à característica de alta frequência do filtro, é garantido que haja uma impedância de alta frequência suficientemente baixa entre o cabo e a blindagem.
1.4.4 Ao usar cabos não blindados, os cabos devem ser curtos o suficiente dentro (ou fora) da blindagem para evitar que sinais de interferência sejam efetivamente acoplados, reduzindo assim o impacto da penetração do cabo.
1.4.5 A linha de alimentação sai da blindagem através do filtro de alimentação. Devido à característica de alta frequência do filtro, é garantido que haja uma impedância de alta frequência suficientemente baixa entre a linha de alimentação e a blindagem.
1.4.6 Utilização de tomada de fibra ótica. Uma vez que a fibra ótica em si não tem corpo metálico, não há problema de penetração do cabo.
1.5 Má ligação à terra
1.6 Materiais de blindagem e aplicações
Os materiais que utilizamos para blindagem incluem tecido condutor, palheta, borracha condutora e revestimentos especializados para PCB.
1.7 Placa de ventilação do guia de onda de corte
2. Projeto de aterramento EMC
2.1 O conceito e o objetivo do aterramento
2.1.1 Uma é para segurança, chamada aterramento de proteção. A caixa metálica dos equipamentos eletrônicos deve ser conectada ao aterramento, de modo a evitar a ocorrência de tensão excessiva no aterramento da caixa metálica devido a acidentes, o que pode comprometer a segurança dos operadores e dos equipamentos.
2.1.2 O segundo é fornecer um caminho de baixa impedância para que a corrente retorne à sua fonte, ou seja, o aterramento de trabalho.
2.1.3 Aterramento de proteção contra raios para fornecer descarga de corrente para quedas de raios.
2.2 O aterramento fornece retorno de sinal
2.3 Aterramento em ponto único
Adequado para sistemas com frequência de operação abaixo de 1 MHz.
2.4 Aterramento multiponto e aterramento misto
3. Projeto do filtro EMC Wave
3.1 Definição do filtro de onda
Um filtro de onda é um dispositivo que altera o conteúdo de frequência de um sinal, atenuando seletivamente certas frequências enquanto permite que outras passem.
3.2 Tipo de filtros de onda
Os tipos comuns de filtro incluem: filtro passa-baixa, filtro passa-alta, filtro passa-banda e filtro rejeita-banda. Conforme mostra a figura abaixo:
Se um filtro deixa passar as frequências baixas e bloqueia as frequências altas, ele é chamado de filtro passa-baixa. Se ele bloqueia as frequências baixas e deixa passar as frequências altas, ele é chamado de filtro passa-alta. Também existem filtros passa-banda, que deixam passar apenas uma faixa de frequências relativamente estreita. E um filtro corta-banda, que bloqueia apenas uma faixa relativamente estreita de frequências.
3.3 Componentes do filtro de onda
3.3.1 Capacitor (capacitor geral, capacitor de três terminais);
3.3.2 Indutância (indutância geral, indutância de modo comum, esferas magnéticas);
3.3.3 Resistência;
3.4 Projeto de filtro de modo diferencial e filtro de modo comum
4. Projeto de PCB EMC
4.1 Design de PCB
4.1.1 Layout: circuitos semelhantes são dispostos em uma única peça, seguindo o princípio de controlar o caminho mínimo; circuitos de alta velocidade não devem ficar próximos ao painel pequeno, e o módulo de alimentação deve ficar próximo à posição do disco único.
4.1.2 Camadas: a camada de fiação de alta velocidade deve estar próxima a uma camada de aterramento, a fonte de alimentação deve estar adjacente ao aterramento, uma camada de aterramento deve ser colocada sob a superfície do componente, duas camadas superficiais podem ser colocadas próximas à camada de aterramento e a camada interna deve ser recuada em 20H em relação à camada superficial.
4.1.3 Fiação: Traços curtos, largura de traço ideal e espaçamento amplo entre diferentes tipos de traços (exceto para sinais e suas linhas de retorno, linhas diferenciais e linhas de aterramento blindadas), menos vias, sem loops, área de loop pequena, cabeça sem fio.
4.1.4 Aterramento: circuitos semelhantes são distribuídos separadamente e conectados em um único ponto na placa.
4.1.5 Filtragem: módulo de fonte de alimentação, circuito funcional de filtro de onda no nível da placa.
4.1.6 Projeto do circuito de interface: projeto do circuito de interface com circuito de filtro para obter isolamento eficaz entre o interior e o exterior.
4.2 Os princípios básicos do layout
4.2.1 Referindo-se ao diagrama de blocos funcionais do princípio, com base no fluxo do sinal, ele é dividido em módulos funcionais.
4.2.2 Layout separado de circuitos digitais e circuitos analógicos, circuitos de alta velocidade e circuitos de baixa velocidade, fontes de interferência e circuitos sensíveis.
4.2.3 Evite colocar dispositivos sensíveis ou dispositivos de radiação forte na superfície de soldagem da placa única.
4.2.4 A área do loop de sinais sensíveis e sinais de radiação forte é a menor.
4.2.5 Dispositivos de radiação forte ou dispositivos sensíveis, como cristais, osciladores de cristal, relés, fontes de alimentação comutadas, etc., devem ser colocados longe de barras de manuseio de placa única, conectores de interface externa e dispositivos sensíveis. A distância recomendada é ≥1000mil.
4.2.6 Dispositivos sensíveis: mantenha-os longe de dispositivos de radiação forte, a distância recomendada é ≥1000mil.
4.2.7 Dispositivos de isolamento, dispositivos A/D: a entrada e a saída são separadas uma da outra e não há caminho de acoplamento (como planos de referência adjacentes), de preferência através da partição correspondente.
4.3 Disposição especial do dispositivo
4.3.1 Parte de alimentação (localizada na entrada de alimentação).
4.3.2 Parte do relógio (longe da abertura, perto da carga, camada interna da fiação).
4.3.3 Bobina indutiva (longe da fonte de EMI).
4.3.4 Parte do driver de barramento (camada interna da fiação, longe da abertura, perto do dissipador).
4.3.5 Componentes do filtro (entrada e saída separadas, perto da fonte, cabos curtos).
4.4 Disposição dos capacitores de filtro
4.4.1 Todos os circuitos de interface de alimentação de energia dos ramos.
4.4.2 Componentes próximos com alto consumo de energia.
4.4.3 Áreas com grandes variações de corrente, tais como terminais de entrada e saída de módulos de alimentação, ventiladores, relés, etc.
4.4.4 Circuito de interface de alimentação da placa de circuito impresso.
4.5 Disposição dos capacitores de desacoplamento
4.5.1 próximo aos pinos de alimentação.
4.5.2 Localização e quantidade adequadas.
4.6 Os princípios básicos do layout do circuito de interface
Dispositivos como filtragem, proteção e isolamento de sinais de interface são colocados próximos ao conector de interface e são protegidos primeiro e depois filtrados.
Dispositivos de isolamento, como transformadores de interface e optoacopladores, são completamente isolados do primário e do secundário.
Não há cruzamento da rede de sinais entre o transformador e o conector.
A área da camada INFERIOR correspondente ao transformador deve ser colocada o mais longe possível, sem outros dispositivos.
O chip de interface (porta de rede, porta E1/T1, porta serial, etc.) deve ser colocado o mais próximo possível do transformador ou conector.
4.7 Fiação
Traços curtos, espaçamento amplo entre diferentes tipos de traços (exceto para sinais e suas linhas de retorno, linhas diferenciais e linhas de aterramento blindadas), menos vias, sem loops, área de loop pequena, cabeça sem fio.
Para traços com requisitos de atraso, seus comprimentos atendem aos requisitos.
Não há ângulos retos, e o chanfro em arco é preferível para linhas de sinal importantes.
Os traços de sinal das camadas adjacentes são perpendiculares entre si ou a fiação paralela dos sinais principais das camadas adjacentes é menor ou igual a 1000MIL.
