Protezione dai disturbi

Lo standard IEC classifica i disturbi in tre categorie: IEC61000-4-2: Scariche elettrostatiche (ESD), IEC61000-4-4: Transitori elettrici veloci o a pacchetti (EFT) e IEC61000-4-5: Impulsi. Ecco in dettaglio in che modo questi disturbi sono standardizzati.

ESD

La scarica elettrostatica (ESD) avviene quando si accumula carica su un materiale non conduttivo e questa viene rilasciata in toto quando si avvicina un oggetto a potenziale più basso. Per avere un ordine di grandezza dell’entità di una scarica elettrostatica, basti pensare che una persona che cammina su un tappeto può caricarsi ad un potenziale che raggiunge  i 15KV. L’ESD è un evento elettrico di modo comune (uguale su tutto il circuito) che va a scaricarsi sul telaio metallico (che dovrebbe essere connesso a terra) attraversando le parti del circuito ad impedenza più bassa. Per questo motivo è bene riservare dei percorsi verso massa a bassissima impedenza che portino la scarica elettrostatica lontano dalle parti sensibili del circuito. Lo standard IEC61000-4-2 prevede 4 livelli di test sia per la scarica per contatto che per la scarica per prossimità. Per i 4 livelli previsti viene simulata una forma d’onda di test avente le caratteristiche riportate in figura 1. In ogni caso un disturbo ESD non ha una durata superiore ai 150ns.

Figura 1: la forma d’onda di un disturbo ESD ed i relativi parametri caratteristici

Figura 1: la forma d’onda di un disturbo ESD ed i relativi parametri caratteristici

EFT

EFT è l’acronimo di Electrical Fast Transient e si verifica in corrispondenza di un arco elettrico sul contatto di un relè o di un interruttore nel pilotaggio di motori o carichi induttivi. Anche l’EFT è un disturbo di modo comune e si introduce per accoppiamento capacitivo. La direttiva IEC61000-4-4 definisce questo disturbo come una serie di picchi ad alto voltaggio con ripetizioni a 5KHz o 100KHz. La figura 2 mostra un singolo impulso, mentre la figura 3 mostra una sequenza di burst in cui è specificata sia la durata del burst sia il periodo.

Figura 2: un impulso EFT

Figura 2: un impulso EFT

 

Figura 3: un Burst di impulsi EFT

Figura 3: un Burst di impulsi EFT

Impulsi elettrici

In termini di valore di picco e di durata, questo è il tipo di disturbo più invasivo ed è dovuto a fulmini o semplicemente a sistemi di accensione o a cambiamenti di carico a mezzo di switch. Si trasmette per accoppiamento magnetico o capacitivo ed è un disturbo che può verificarsi sia a modo comune sia a modo differenziale. La figura 4 rappresenta la tipica forma d’onda di un impulso di ampiezza 1KV.

Figura 4: un impulso da 1KV di picco.

Figura 4: un impulso da 1KV di picco.

Regole generali - PER IL LAYOUT DEL CIRCUITO

Ecco alcune semplici regole generali a livello di layout per proteggere il  circuito dai disturbi precedentemente analizzati:
Prevedere sempre un percorso a bassa impedenza verso terra in modo che il disturbo si allontani dalle parti sensibili del circuito. Non lasciare che il disturbo trovi da solo la via per scaricarsi a terra. Prevedere una connessione della scheda verso terra. La connessione deve essere buona, stabile e a bassa impedenza. Prevedere basse densità di corrente e percorsi a bassa impedenza usando ancoraggi multipli verso massa. Le zone in cui sono destinate correnti transitorie veloci devono occupare un’area ristretta. Utilizzare condensatori ceramici in particolar modo sui diodi clamping connessi verso le linee di alimentazione (figura 5).

Figura 5: utilizzare condensatori ceramici sui diodi clamping connessi all’alimentazione.

Figura 5: utilizzare condensatori ceramici sui diodi clamping connessi all’alimentazione.

Creare una separazione fisica tra l’area soggetta ai disturbi (tipicamente vicina agli I/O della scheda) e la parte sensibile del circuito. Posizionare  i connettori sullo stesso lato della scheda e collocare la circuiteria sensibile al centro della scheda.Impiegando una sezione di soppressione dei disturbi, è buona norma collocare le piste a valle del soppressore vicino ai rispettivi segnali di ritorno onde evitare accoppiamenti induttivi (figura 6).

Figura 6: connessione di un soppressore di disturbi su circuito stampato

Figura 6: connessione di un soppressore di disturbi su circuito stampato

 

 

Una risposta

  1. Stefano Lovati Stefano Lovati 17 gennaio 2018

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