FocusonPCB - Vicenza, 15-16 maggio 2024
Torna a Vicenza il 15 e 16 maggio 2024 Focus on PCB, la terza edizione della fiera dedicata all'intera filiera dei circuiti stampati. Nata dalla volontà del Gruppo PCB Assodel…
I fenomeni di interferenza elettromagnetica sono ormai esperienza quotidiana, pertanto è necessario disporre di un sistema elettronico che sia in grado di funzionare compatibilmente con altri e che non produca disturbi o interferenze.
Con l’evoluzione della tecnologia e quindi con il trascorrere degli anni, sono state introdotte norme specifiche per evitare (e risolvere) questi tipi di problemi.
La compatibilità elettromagnetica è la possibilità di un sistema o apparato elettronico di non emettere disturbi o interferenze relativamente all'ambiente circostante, e nello stesso tempo essere in grado di non assorbire (immunità elettromagnetica) segnali disturbanti dovuti a terzi, tale da compromettere il corretto funzionamento dell’apparato stesso.
La legislazione europea e quella italiana hanno emanato una serie di direttive riguardanti le emissioni elettromagnetiche (2004/108/CE).
In accordo alla direttiva europea, apparati elettronici prevedono la marcatura CE che indicano il rispetto di misure di compatibilità elettromagnetica che analizzeremo dal prossimo paragrafo.
I requisiti essenziali, previsti dalla normativa, possono essere riassunti nei seguenti due punti:
Ai fini della compatibilità elettromagnetica possiamo distinguere varie interferenze, sia per quanto riguarda l’immunità, sia per le emissioni.
Per le emissioni possiamo distinguere:
Fig. 1 - Impulso 'surge'Per le immunità, invece:
Figura 1: Disturbo impulsive (surge)
Le misure di compatibilità prevedono l’utilizzo di strumentazione elettronica necessaria, quale per esempio oscilloscopio e analizzatore di spettro, volte a verificare prove di emissioni ed immunità; le prove da superare sono le seguenti:
Le fasi di progettazione di un sistema elettronico prevede come step finale o iniziale il rispetto dei vincoli legislativi di compatibilità elettromagnetica. Il progettista alla fine dovrà rivolgersi presso un ente certificato per apporre il marchio CE, qualora le misure di test elencate in precedenze siano rispettate.
La marcatura CE è una diretta conseguenza della Dichiarazione CE di conformità, va apposta sull'apparecchiatura ed evidenzia la conformità dell'apparecchiatura ai requisiti di protezione delle Direttive europee applicabili. La Dichiarazione CE di conformità e la conseguente Marcatura CE, rappresentano requisiti essenziali per l'immissione sul mercato dell'Unione Europea di un prodotto.
Le emissioni RF (Figura 2) sono disturbi in radiofrequenza emessi per mezzo del cavo di alimentazione, in particolare si parla di emissioni “condotte”.
Fig. 2 - Misure emissione condotte
Le normative (EN55011, EN55012, EN55013, EN55014, EN55015, EN55022, CISPR) prevedono dei livelli di soglia che non devono essere superati, questo valore varia da prodotto a prodotto.
La banda da analizzare è compresa tipicamente tra 150 kHz e 30 MHz. Attraverso un oscilloscopio, analizzatore di spettro o ricevitore EMI conforme alla norma CISPR 16 e un collegamento tra apparato in prove e strumento di misura mediante una rete detta LISN (Line Impedance Stabilization Network) è possibile individuare questi segnali indesiderati tracciando lo spettro opportuno.
Il collegamento tramite LISN ha una duplice funzione:
Figura 2: Emissione RF, schema a blocchi di misura
Per le emissioni RF “irradiate”, invece, si tratta di quantificare i segnali causati dall'apparato in prova che si propagano direttamente nell'ambiente circostante.
La banda di frequenza da analizzare è compresa tipicamente tra 30 MHz e 1 GHz. I dispositivi di test utilizzati sono, oltre all'analizzatore di spettro, un trasduttore di ricezione come l’antenna LOG periodica (FIgura 3).
La misura può essere eseguita in una camera semianecoica formata da pareti metalliche (gabbia di faraday) per impedire l’accesso a campi esterni. I limiti di valori di soglia sono definiti dalla normativa EN55011-A per l'ambiente industriale, EN55011-B per l'ambiente residenziale.
Le normative CE per le emissioni RF irradiate seguono gli stessi principi di quelle per le emissioni condotte riportate in precedenza.
Figura 3: Emissioni RF irradiate, schema a blocchi di misura
Le emissioni armoniche vengono rilevati attraverso schede di acquisizione o sonde di corrente nella banda tipicamente da 50 Hz a 4 kHz.
Le normative di riferimento sono la EN61000-3-2 e EN60555-2 dove vengono definiti limiti di distorsione della sinusoide di rete.
Le normative indicano i limiti di corrente delle armoniche che vengono immesse in rete tale da disturbare altri apparati.
Lo scopo della misura è verificare le ampiezze delle armoniche corrispondenti (di solito fino alla 40° armonica) nel range stabilito dalla legge.
Le emissioni flicker, invece, sono disturbi di fluttuazione generati dall'apparato sotto test.
Dispositivi che generano flicker sono, per esempio, i forni e altri elettrodomestici, che devono rispettare limiti di emissioni derivanti dalle normative EN 61000-3-3 e EN60555-3.
Sono stati definiti due parametri per evidenziare questo tipo di emissione: PST (abbreviazione di Perception of flicker Short Term), PLT (dall'inglese Perception of flicker Long Term); La misura di PSE e PLT avviene mediante apparecchi computerizzati detti flickerometri o flickermetri.
L’immunità è la capacità di funzionamento del dispositivo elettronico in presenza di disturbi.
I disturbi possono essere di tipo transitorio, di rete, elettrostatiche. L’immunità di rete è la capacità dell’apparato di funzionare anche in presenza di interruzione di tensione di rete. La normativa (EN61000-6 ambiente industriale) distingue vari gradi di immunità, distinguendoli in base alla tipologia o all’ambiente circostante.
Le prove di Burst vengono indirizzate per l’immunità di apparati ad impulsi di alta frequenza, esempi sono: scintillio di contatti di interruttori, apertura di interruttori ad alta tensione e altri.
Caratteristico di questi impulsi è il fronte di salita molto ripido e la bassa energia.
Il test prevede l’utilizzo di un piano di massa opportunamente collegato al sistema di messa a terra del laboratorio. La prova viene applicata a linee di alimentazione CA o CC e linee di controllo. Per far ciò si utlizza un generatore di Burst secondo la normativa EN 61000-4-4 dove collegare l’apparato di prova.
Il test surge è rivolto alla verifica dell’immunità per fenomeni transitori dovuti a malfunzionamento della rete, fulmini etc.
Il setup è simile al test di Burst ma con l’utilizzo di un generatore di Surge secondo la normativa EN 61000-4-5. La prova si applica a tutti i tipi di apparecchiature elettriche ed elettroniche collegabili alla rete di alimentazione pubblica.
