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EMC diagnostic for a switch mode power supply. Introduction and components used

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Presentazione workshop Presentazione workshop Presentation Transcript

  • compatibili per natura Relatori: Andrea Volpini Ing. Stefano Fabiani Ing. Manuele Marconi Roberto Volpini Giovedì 18 giugno Hotel Cristoforo Colombo Ancona
  • Workshop su attenuazione dei disturbi condotti da alimentatori a commutazione • Le maschere della normativa sulle EMI condotte (CEI EN 55022) • Un setup di misura “semplificato” • Apparati di misura: LISN e analizzatore di spettro • Introduzione alle prove pratiche: circuiti e componenti • Figure di accompagnamento alle prove pratiche
  • Limiti della norma CEI EN 55022 Utilizzeremo la norma IEC-CEI EN 55022 Classe B (più restrittiva), che relativamente alle emissioni condotte, definisce i limiti:
  • Le nostre misure sono dette di precompliance, in quanto indicative delle prestazioni di massima relativamente alla compatibilità elettromagnetica e non valevoli ai fini della certificazione di prodotto. Useremo per risparmiare tempo un rivelatore di picco anziché di quasi-picco La normativa richiede il rispetto dei limiti di quasi-picco e di valor medio, che devono essere verificati con appositi rivelatori sul ricevitore EMI (analizzatore di spettro). Inoltre, per ogni fluttuazione del valore misurato attorno alla maschera, la lettura va ripetuta per almeno 15sec a ciascuna frequenza, prendendo infine la misurazione peggiore. Inoltre, si devono effettuare le misure su un campione statistico significativo e ai fini della conformità alla norma vanno interpolati i risultati ottenuti su tutti i campioni, secondo una formula esplicita contenuta nella norma Alcuni dettagli relativi a misure per certificazione di prodotto
  • Setup di misura “semplificato”.
  • Setup di misura “semplificato” (2) Altri accorgimenti da seguire (misure in camera schermata): 1. Il cavo di alimentazione dalla LISN all’EUT deve essere di massimo 1m e non toccare sul piano di massa metallico orizzontale di riferimento. Se è più lungo, va acciambellato in una matassa da 30 a 40cm massimi di lunghezza. 2. L’EUT prende il riferimento di terra dalla LISN e lo stesso per il piano di massa. 3. Eventuali apparecchi ausiliari vanno posti sul tavolo a non meno di 10cm dall’EUT. 4. La LISN deve stare a 80cm dall’EUT e quest’ultimo a 80cm dal piano di massa orizzontale 5. I cavi che collegano l’EUT a un apparato ausiliario devono stare a non meno di 40cm da un piano di massa verticale
  • La LISN (Line Impedence Stabilization Network) Richiesta dalla EN55022 e definita nella CISPR 16-1. C1=1uF, L=50uH, C2=100nF, Rn=Rf=50Ω
  • La LISN (Line Impedence Stabilization Network) (2) Funzioni della LISN: 1. Disaccoppia l’EUT dalla rete elettrica, bloccando il rumore proveniente da quest’ultima e permette di veicolare solo il rumore proveniente dell’EUT verso il ricevitore EMI 2. Fornisce al rumore proveniente dall’EUT una impedenza di carico determinata e fissa, mentre l’impedenza delle rete elettrica è non predicibile e variabile sia nel tempo che nello spazio Data la presenza dei 2 condensatori C1 dentro la LISN, è necessario interporre tra la LISN stessa e la rete elettrica un trasformatore di isolamento che eviti il trigger del differenziale di protezione (attivato per correnti di dispersione verso terra molto piccole - 30mA circa)
  • Il ricevitore EMI: l’analizzatore di spettro Permette lo studio della composizione spettrale del segnale al suo ingresso. Deve essere impostato con opportuni valori dei parametri di scansione, secondo quanto asserito dalla normativa che per la classe B stabilisce: • Frequency Span: 150kHz – 30MHz • Resolution Bandwidth (a 6dB): 9kHz • Tipo di rivelatore: Quasi- peak e AVG Provvisto di tracking generator, può essere usato per condurre misure di attenuazione sui filtri
  • Scopo degli esperimenti pratici 1. Scelta del materiale con cui è fatto il choke (basse permeabilità iniziali sostengono il valore induttivo per forze magnetizzanti più elevate, ma richiedono più spire a parità di valore induttivo) 2. Costruzione meccanica del choke (ad esempio, realizzare un valore induttivo con induttore ad alta μi in un solo strato è ben diverso dal realizzarlo con materiale a bassa μi e due strati che modifica anche grandemente i parametri parassiti) 3. Numero e tipologia degli stadi di filtraggio (l’attenuazione di MC e MD è la risultante della combinazione anche dei parassiti su ogni componente, e talvolta possono aiutare il filtraggio di MD) 4. Posizione relativa degli induttori e condensatori di classe Y (si mettono tendenzialmente per il filtraggio a frequenze medio alte del rumore di MC, ma tendono a peggiorare il filtraggio di MD) Più che il filtraggio in sé, scopo delle prove che eseguiremo è evidenziare il contributo dato al filtraggio dalle seguenti scelte di progetto del filtro:
  • Svolgimento degli esperimenti pratici. Gli induttori delle prove Choke A Choke B Choke C Choke D Choke E Choke F MD tamburino MD toroide
  • Svolgimento degli esperimenti pratici. Gli induttori delle prove (2) Choke A μi4300, 50T Lp 12mH Rdc 476mΩ Lleak 105uH Choke B μi7000, 50T Lp 18mH Rdc 480mΩ Lleak 107uH Choke C μi10000, 50T Lp 27mH Rdc 477mΩ Lleak 101uH Choke D μi7000, 40T Lp 12mH Rdc 228mΩ Lleak 81uH Choke E μi10000, 33T Lp 12mH Rdc 116mΩ Lleak 55uH Choke F μi4300, 74T Doppio strato Lp 27mH Rdc 676mΩ Lleak 315uH MD tamburino Lp 168uH Rdc 191mΩ Cp 14pF MD toroide Lp 162uH Rdc 160mΩ Cp 3pF Gli induttori a permeabilità iniziale più alta permetteranno a parità di valore induttivo realizzato su stessa meccanica di sostenere correnti massime più elevate, in virtù del filo maggiorato.
  • Svolgimento degli esperimenti pratici. Il circuito che useremo per le prove singolo stadio MC e singolo stadio MC + MD
  • Svolgimento degli esperimenti pratici. Il circuito che useremo per le prove doppio stadio MC e doppio stadio MC + MD
  • Prova n.1. Influenza della capacità C9 (il primo fronte di difesa dall’SMPS alla rete) Attenuazione di MD Curva Blu Curva rossa
  • Prova n.2. Influenza delle coppie Y2 Curva Blu Attenuazione di MD Curva verde Curva rossa
  • Prova n.3. Influenza dello stadio differenziale Curva Blu Attenuazione di MD Curva rossa Curva verde
  • Prova n.4. Influenza del valore induttivo, stessa costruzione, diverso materiale Curva Blu Attenuazione di MD Curva rossa Curva verde
  • Prova n.5. Influenza della costruzione, stesso valore induttivo, diverso materiale Curva Blu Curva rossa Attenuazione di MD Curva verde
  • Prova n.6. Costruzione monostrato VS doppio strato, stesso valore induttivo, diverso materiale Attenuazione di MD Curva Blu Curva rossa
  • Prova n.1B. Filtraggio differenziale VS comune con doppio stadio di choke MC Curva Blu Curva rossa Curva verde Continua 
  • Prova n.1B. Filtraggio differenziale VS comune con doppio stadio di choke MC (2) Attenuazione di MD Attenuazione di MC Attenzione! Ciò che sembrava filtrare meglio il rumore di MD (verde, choke doppio-strato) sembra filtrare peggio il rumore di modo comune. Infatti, l’alta induttanza dispersa del choke doppio strato (315uH contro i circa 100uH degli altri) aiuta il filtraggio di MD, ma unito alla maggiore capacità parassita, peggiora il filtraggio del MC
  • Prova n.2B. Influenza delle coppie Y nel filtraggio di MC Curva Blu Curva rossa Attenuazione di MC Curva verde
  • Prova n.3B. Influenza delle induttanze differenziali nel doppio stadio MC Attenuazione di MD Curva Blu Curva rossa Curva verde
  • Grazie dell’attenzione!