Definizione di compatibilità elettromagnetica (EMC)

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1 Definizione di compatibilità elettromagnetica (EMC) Scienza che studia la capacità di una qualsiasi apparecchiatura di funzionare in modo soddisfacente in un ambiente soggetto a disturbi elettromagnetici, senza produrre disturbi intollerabili ad altri apparati durante il loro normale funzionamento.

2 Condizioni necessarie per la verifica della EMC senza produrre disturbi intollerabili: l apparecchiatura emette disturbi che non inficiano il funzionamento di altri dispositivi presenti nello stesso ambiente; funzionare in modo soddisfacente: il funzionamento dell apparecchiatura non viene pregiudicato dai disturbi emessi da altri dispositivi presenti nello stesso ambiente Affinché sia compatibile elettromagneticamente il dispositivo deve verificare entrambe le condizioni!!

3 Condizioni necessarie per la verifica della EMC Criteri da soddisfare Non causare interferenze con altri sistemi (EMISSIONI) Non essere suscettibile alle emissioni di altri sistemi (IMMUNITA ) Non causare interferenze con se stesso (COMPATIBILITA INTERNA)

4 Le origini 1920: appaiono i primi articoli specialistici sulle interferenze radio 1930: interferenze dovute a motori elettrici, linee ferroviarie elettriche II guerra mondiale: radio, sistemi elettronici di navigazione e radar. Soluzione: organizzare meglio le frequenze dello spettro, all epoca poco affollato, o spostare i cavi lontano dalle sorgenti.

5 Le origini Anni 50 -> 70: transistor bipolare, circuito integrato, circuiti a microprocessore. Elaborazione numerica dei segnali: aumento della velocità di commutazione dei dispositivi, generazione di disturbi a banda larga, vicinanza dei dispositivi a causa dell integrazione.

6 Successivamente l aumento nel numero di dispositivi elettronici presenti in ambienti residenziali estese il panorama di applicabilità dell EMC anche in questi ambienti Esempio: i processori operanti a 100 MHz possono emettere disturbi nella banda destinata alla trasmissione FM, riducendo la qualità del segnale ricevuto

7 Esempi dai meno gravi Bande di interferenza sulla TV quando è acceso un motore elettrico: radiazione diretta o accoppiamento via cavo. Raddrizzatori in una fotocopiatrice si sovrapponevano al segnale di sincronizzazione di orologi a muro, azzerandoli Antifurto, cancello elettrico non funziona in presenza di forti campi EM

8 ai tragici A bordo della nave HMS Sheffield il sistema di rilevazione antimissile interferiva con la comunicazioni radio: i piloti lo spensero e la nave fu affondata Molte missioni fallite dell elicottero Black Hawk furono attribuite alla suscettibilità ai segnali emessi dai radar Sulla Forrestal, nel Luglio 67, un incendio sul ponte provocò la perdita di uomini e mezzi; la causa fu attribuita a un segnale radar che fece scoccare una scintilla su un connettore.

9 Legislazione Europea e Italiana Pubblicazione nel maggio 1989 della Direttiva del Consiglio Europeo 89/336 sulla compatibilità elettromagnetica, modificata dalle Direttive 92/31, 93/68, 91/263 e 93/97, entrata definitivamente in vigore nel gennaio del 1996 Recepimento in Italia della Direttiva 89/336 con Decreto Legislativo n 615 del 12/11/96 e Circolare ministeriale GM /4207 del 29/5/97 Pubblicazione di Guide di applicazione UE (1997) e CEI (1998), per l interpretazione della Direttiva Europea Costituzione, subito dopo la pubblicazione della Direttiva Europea, del CT 210 Electromagnetic Compatibility nel CENELEC e del CT 210 Compatibilità Elettromagnetica nel CEI (prima esisteva un CT corrispondente al CISPR e un CT corrispondente al TC 77) Direttiva 108/04/CE a valle del progetto SLIM di semplificazione della legislazione

10 Dispositivi interessati elettrodomestici trasmettitori radio e televisivi ricevitori radio e televisivi apparecchiature radio mobili apparecchiature elettromedicali apparati per illuminazione lampade fluorescenti macchine industriali apparecchiature elettroniche per scopi didattici apparati della tecnologia dell informazione ricetrasmettitori CB e LPD KIT per montaggio fai-da-te componenti con funzione intrinseca ai fini dell utilizzatore finale.

11 Misure da eseguire per verificare l EMC Misure di emissione Disturbi (generati) radiati Disturbi (generati) condotti Immunità (o al contrario suscettibilità) Disturbi (esterni) radiati Disturbi (esterni) condotti

12 Misure da eseguire per verificare l EMC involucro cavo di alimentazione EUT (equipment under test) cavi di I/O misure di emissione - condotte - radiate prove di immunità - condotta - radiata

13 Misure da eseguire per verificare l EMC EMISSIONI CONDOTTE involucro cavo di alimentazione EUT (equipment under test) cavi di I/O

14 Misure da eseguire per verificare l EMC EMISSIONI RADIATE involucro cavo di alimentazione EUT (equipment under test) cavi di I/O

15 Misure da eseguire per verificare l EMC IMMUNITA CONDOTTA A DISTURBI TRANSITORI involucro cavo di alimentazione EUT (equipment under test) cavi di I/O

16 Misure da eseguire per verificare l EMC IMMUNITA CONDOTTA A DISTURBI CONTINUI involucro cavo di alimentazione EUT (equipment under test) cavi di I/O

17 Misure da eseguire per verificare l EMC IMMUNITA RADIATA involucro cavo di alimentazione EUT (equipment under test) cavi di I/O

18 Organismi di Normazione International Electrotechnical Commission IEC (Internazionale) CISPR ADVISORY COMMITTEE ON EMC TC 77 ETSI PRODUCT COMMITTEES STANDARDS OVERVIEW GROUP TC 210 PRODUCT COMMITTEES CENELEC (Europeo) CISPR: International Special Committee on Radio Interference CT 210 Comitato Elettrotecnico italiano CEI (Italiano) COMITATI DI PRODOTTO European Committee for Electrotechnical Standardization

19 Tipi di norme Norme di base: contengono la descrizione delle configurazioni di prova, le caratteristiche della strumentazione e le prescrizioni sui metodi di misura; poiché non fissano dei limiti, non possono essere armonizzate, per cui non ci si può certificare rispetto ad esse. Norme generiche: fissano i requisiti che le apparecchiature dovranno avere a seconda dell ambiente a cui sono destinate, senza tener conto del particolar tipo di prodotto. Definiscono la strumentazione da impiegare in ambienti specifici. Ad esempio viene spesso differenziato l ambiente domestico e di industria leggera (in cui l energia elettrica viene fornita attraverso una linea condivisa da altri impianti, causando maggiori problemi di EMC) dall industria pesante (in cui l energia elettrica è fornita attraverso apposita cabina di trasformazione). Norme di prodotto (famiglia di prodotti): come le Norme generiche, fissano dei limiti ma per specifici prodotti o categorie di prodotti. Norme Armonizzate: possono essere sia generiche che di prodotto, ovvero norme che fissano dei limiti, le quali vengono emanate dalla Comunità Europea al fine di essere poi armonizzate dagli stati membri, ovvero incluse nella legislazione vigente.

20 ESEMPIO DI NORME DI BASE Tipi di norme

21 ESEMPIO DI NORMA GENERICA Tipi di norme

22 Tipi di norme ESEMPIO DI NORMA DI PRODOTTO

23 Principali norme per le misure di emissione

24 Principali norme per le misure di emissione

25 Principali norme per le misure di emissione La conformità con le norme si ha se le emissioni sono inferiori a predeterminate soglie all interno di predeterminate bande di frequenza db V Emissioni condotte: 150 khz 30 MHz CLASSE A CLASSE B MHz

26 Principali norme per le misure di emissione La conformità con le norme si ha se le emissioni sono inferiori a predeterminate soglie all interno di predeterminate bande di frequenza Emissioni radiate: 30 MHz 1 GHz db V / m CLASSE A CLASSE B GHz

27 Strumenti di misura per la valutazione delle emissioni condotte sulla linea di alimentazione Responsabili delle emissioni sono sia i livelli delle correnti e/o tensioni disturbanti ma anche il loro contenuto frequenziale (determinato soprattutto dagli slew-rate dv/dt, di/dt) EMC PRE-COMPLIANCE - Sonde di corrente e/o tensione - Oscilloscopio digitale - Analizzatore di spettro EMC COMPLIANCE - Line Impedance Stabilization Network (LISN) - Ricevitore EMI cavo di alimentazione

28 Strumenti di misura per la valutazione delle emissioni condotte sulla linea di alimentazione LISN Principali funzioni della LISN: 1) Mantenere costante l impedenza vista dall EUT verso la rete elettrica 2) Filtrare disturbi esterni provenienti dalla rete elettrica Misure significative e riproducibili! RICEVITORE EMI

29 Strumenti di misura per la valutazione delle emissioni condotte CONFRONTO ANALIZZATORE DI SPETTRO RICEVITORE EMI Nei ricevitori l input filter è un BPF Nei ricevitori EMI il VCO controlla anche la sintonia dell input filter In ingresso è anche presente un Pre-Amplificatore per migliorare la rivelazione di segnali a bassa potenza

30 Strumenti di misura per la valutazione delle emissioni radiate Responsabili delle emissioni sono sia i livelli delle correnti e/o tensioni disturbanti ma anche il loro contenuto frequenziale (determinato soprattutto dagli slew-rate dv/dt, di/dt) EMC PRE-COMPLIANCE - Sonde di campo vicino - Oscilloscopio digitale - Analizzatore di spettro EMC COMPLIANCE - Antenne di misura - Ricevitore EMI cavo di alimentazione involucro EUT (equipment under test) cavi di I/O

31 Strumenti di misura per la valutazione delle emissioni radiate EMC PRE-COMPLIANCE NEAR FIELD PROBES ANALIZZATORE DI SPETTRO EUT -Utili per individuare sorgenti di campo elettrico e/o magnetico - Non idonee per misure assolute dei valori di campo elettrico e/o magnetico - Utili per misure comparative (a parità di posizione si identificano le condizioni operative più gravose, a parità di condizioni operative si identificano i punti caldi ) con analizzatore di spettro funzionante in modalità Max Hold

32 Strumenti di misura per la valutazione delle emissioni radiate ANTENNA BI-LOG EMC COMPLIANCE RICEVITORE EMI Set-up ammesso per la verifica del superamento dei limiti applicabili 30MHz < f < 1 GHz ANTENNA HORN Antenna posta a distanza ed in posizione predefinita rispetto all EUT f > 1 GHz

33 Strumenti di misura per la valutazione delle emissioni radiate RIVELATORI DEL RICEVITORE EMI EMC COMPLIANCE D Costante di carica nulla Costante di scarica piccola R c Rivelatore di PICCO (peak detector) E sensibile all inviluppo del segnale in ingresso, per cui spesso viene anche detto rivelatore di inviluppo. Disturbi che si ripetono con diversa frequenza danno sostanzialmente la stessa indicazione. V i C R d Costante di carica nulla Costante di scarica lunga V d Rivelatore di QUASI-PICCO (quasi-peak detector) Poiché il QP dipende dalla frequenza di ripetizione del disturbo, il rivelatore QP dà informazioni connesse con la reale pericolosità del disturbo.

34 Strumenti di misura per la valutazione delle emissioni radiate RIVELATORI DEL RICEVITORE EMI EMC COMPLIANCE V V 0 V 0 V 0 t V RIV. QUASI PICCO V t 0 V 0 V 0 V V 0 RIV. PICCO V V 0 V V V 0 RIV. PICCO t t t V 0 RIV. QUASI PICCO t

35 Ambienti di prova per la misura delle emissioni radiate Per ottenere misure affidabili e riproducibili è necessario garantire 2 condizioni fondamentali: 1) Misurare solo le emissioni provenienti dall EUT 2) Misurare le emissioni provenienti dall EUT in condizioni di propagazione standardizzate di spazio libero (almeno nel volume di misura) OPEN AREA TEST SITE (OATS) VANTAGGI -Costi - Possibilità di testare dispositivi di grandi dimensioni SVANTAGGI -Difficoltà nel rendere trascurabile le interferenze esterne - Difficoltà nel realizzare condizioni di propagazione di spazio libero

36 Ambienti di prova per la misura delle emissioni radiate Per ottenere misure affidabili e riproducibili è necessario garantire 2 condizioni fondamentali: 1) Misurare solo le emissioni provenienti dall EUT 2) Misurare le emissioni provenienti dall EUT in condizioni di propagazione standardizzate (almeno nel volume di misura) CAMERA COMPATTA SCHERMATA e SEMIANECOICA VANTAGGI - Assenza di interferenze esterne - Condizioni di propagazione costanti SVANTAGGI - Costi - Dimensioni non trascurabili (in relazione alle distanze di misura) - Difficoltà nel testare dispositivi di grandi dimensioni

37 Principali norme per le misure di immunità

38 Principali norme per le misure di immunità

39 Principali norme per le misure di immunità IL CONCETTO DI CRITERIO DI PRESTAZIONE E necessario inoltre definire il/i parametro/parametri da valutare per il monitoraggio delle prestazioni secondo i 4 criteri sopra elencati

40 Principali norme per le misure di immunità CONDOTTA -Electrical Fast Transients (EN ) - Surge transients (EN ) - RF Continuous Wave (EN ) - Dips and Interrupt (EN ) IMMUNITA RADIATA -Electrostatic Discharge (EN ) - RF Continuous Wave (EN ) - 50 Hz Magnetic field (EN )

41 Principali norme per le misure di immunità EN (Transitori elettrici veloci a bassa energia) CAUSE Apertura/chiusura di switch/relay su carichi induttivi CONSEGUENZE -Saturazione amplificatori nei circuiti analogici - Transizioni non desiderate nei circuiti digitali

42 Principali norme per le misure di immunità EN (Transitori elettrici veloci a bassa energia)

43 Principali norme per le misure di immunità EN (Transitori elettrici veloci a bassa energia)

44 Principali norme per le misure di immunità EN (Transitori ad alta energia) CAUSE -Transitori di commutazione - Propagazione di impulsi di fulminazione CONSEGUENZE - Distruzione degli apparati

45 Principali norme per le misure di immunità EN (Transitori ad alta energia)

46 Principali norme per le misure di immunità EN (Disturbi a onda continua a RF) CAUSE -Campi e.m. intenzionali e non che si accoppiano sui cavi dell apparato CONSEGUENZE - Saturazione amplificatori nei circuiti analogici - Interferenze con sistemi di telecomunicazione - Frequenza portante: 150 khz 80 MHz -Modulante: sinusoidale AM - Frequenza modulante: 1 khz - Profondità di modulazione: 80 %

47 Principali norme per le misure di immunità EN (Disturbi a onda continua a RF)

48 Principali norme per le misure di immunità EN (Buchi di tensione e brevi interruzioni) CAUSE - Commutazioni di carichi - Guasti sulla rete CONSEGUENZE - Malfunzionamento e/o spegnimento degli apparati

49 Principali norme per le misure di immunità EN (Buchi di tensione e brevi interruzioni)

50 Principali norme per le misure di immunità EN (Buchi di tensione e brevi interruzioni)

51 Principali norme per le misure di immunità EN (Buchi di tensione e brevi interruzioni)

52 Principali norme per le misure di immunità EN (Scariche elettrostatiche) CAUSE -Scariche elettrostatiche prodotte da operatori che toccano gli apparati - Scariche elettrostatiche da oggetti posti in prossimità degli apparati CONSEGUENZE - Possibilità di distruzione dei circuiti elettronici - Possibilità di reset di apparati elettronici

53 Principali norme per le misure di immunità EN (Scariche elettrostatiche)

54 Principali norme per le misure di immunità EN (Disturbi a onda continua a RF) CAUSE -Campi e.m. intenzionali dovuti a trasmissioni RADIO, TV, Radio amatori, comunicazioni militari CONSEGUENZE - Saturazione amplificatori nei circuiti analogici - Interferenze con sistemi di telecomunicazione - Frequenza portante: 80 MHz 2.4 GHz -Modulante: sinusoidale AM - Frequenza modulante: 1 khz - Profondità di modulazione: 80 %

55 Principali norme per le misure di immunità EN (Disturbi a onda continua a RF)

56 Principali norme per le misure di immunità EN (Campo magnetico a frequenza di rete) CAUSE -Trasformatori - Linee di alimentazione CONSEGUENZE - Problemi per: video CRT, sensori a effetto Hall, dispositivi sensibili al campo magnetico

57 Principali norme per le misure di immunità EN (Campo magnetico a frequenza di rete)