COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Nº176499

Avaliação de interferência eletromagnética em pequenos dispositivos eletrônicos utilizando célula TEM João Henrique Angelo Marcelo Sanches Dias Mário Leite Pereira Filho Antônio Francisco Gentil Ferreira Junior Jorge Mieczylaw Janiszewski

Palestra apresentada no CONGRESSO INTERNACIONAL DE

METROLOGIA ELÉTRICO – SEMETRO, 13., 2019, Florianópolis. Anais... 15 slides. A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________

Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo

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Avaliação de interferência

eletromagnética em pequenos

dispositivos eletrônicos utilizando

célula TEM

Electromagnetic Interference

assessment of small electronic

devices with a TEM cell. João Henrique Angelo¹,2, Marcelo S Dias,¹ Mário L Pereira Filho¹,

Antônio F G Ferreira Junior1, Jorge Mieczyslaw Janiszewski²

jangelo@ipt.br

1 Institute for Technological Research of Sao Paulo - IPT 2 University of Sao Paulo, Polytechnic School – EPUSP

Objetivos: - Ressaltar o aumento dos equipamentos eletrônicos

- Apresentar Aspectos de Interferência e Compatibilidade

eletromagnética

- O setup de Teste De imunidade à Interferência eletromagnética

- A motivação da utilização da célula TEM em testes de imunidade

- O funcionamento / projeto e construção da Célula - Resultados obtidos

- Conclusão / Referências

Cenário atual : Indústria 4.0 - Aumento Produtividade , processamento de dados, sensores inteligentes, veículos

autônomos , integração de equipamentos entre outros.

- Notável aumento de equipamentos eletrônicos – e também cada vez mais um crescente uso dispositivos portáteis.

- Consequentemente preocupações de interferências eletromagnética estarão relacionadas e deverão ser avaliadas em vários níveis

- projeto - produção - no ambiente de uso.

Como Minimizar os efeitos da Interferência Eletromagnética ? Diversos Testes padronizados conforme normas de Compatibilidade eletromagnética

- Uso de Câmara Anecóica - ambiente blindado onde não há Interferências externas

- Teste de Imunidade a Interferência Eletromagnética - O quanto o equipamento suporta de Radiação eletromagnética mantendo seu funcionamento adequado.

- Alguns Exemplos de situações críticos :

- Industrial - equipamentos médicos - carros - aviação – militar.

Câmara Anecóica IPT-SP – Laboratório LEO

Características: Teste de imunidade Antena gera intensidades de campo elétrico produzindo (perturbações eletromagnéticas ) Intensidade: 3 a 10 V/m Frequência típica: 1 GHz Ambiente blindado Paredes e tetos são revestid0s com absorvedores – finalidade de evitar reflexões

Fonte : Autor

Exemplos de interferências

Algumas possíveis situações Falha: - Falhas de controle em carros

- Leitura de sinais vitais incorreta em ambiente hospitalar .

- Envio incorreto de comandos a um equipamento industrial.

Fonte: www.vde.com/tic-en/portfolio Fonte: www.engineersjournal.ie/2017/07/04

Fonte: elcoindustria.com.br

Objetivo e Princípio de funcionamento da célula TEM

Carga 50 Ω

Cabo coaxial 50Ω

Gerador de sinais

Campo elétrico interior do cabo

Carga 50 Ω

Célula TEM projetada para 50Ω

Campo elétrico gerado no espaço livre no interior da célula

Área livre

Objetivo da Célula TEM é de gerar no seu interior campos elétricos / perturbações tais como nas câmaras anecóicas

Construção baseada nas referências [4] e [5] norma 60601-4-20:2010 -Técnicas de medições guias de onda tipo TEM - Emissão / imunidade artigo Sandeep M. Satav - Construção de uma célula TEM para testes EMC

Volume útil

DIMENSÕES

Dimensões Valores (mm)

L 450

L total 762

h 90

Projeto da Célula TEM

equipamento sob teste 50% do volume util

- Principal característica : A célula possui uma área no qual permite avaliação de

compatibilidade eletromagnética de pequenos dispositivos ou parte de circuitos de processamento nas etapas de projetos.

- Vantagens : são menor custo envolvido , disponibilidade , e possibilidade de geração de intensidades de campos elétricos elevados tipicamente de 100 V/m ou mais.

Célula TEM

Fonte : Autor

Experimento da Célula TEM

Fonte : Autor

Intensidade de Campo elétrico 100 V/m - equivalente 39,9 dB V/m 30 V/m - equivalente 29,7 dB V/m 10 V/m - equivalente 20,4 dB V/m

Resultados Obtidos

Principais verificações - Comportamento Linear - Uniformidade de campo < 6 dB limite da norma

Gerador de RF forma de onda senoidal - 1V , 3V e 10V intensidade de campos no interior da célula 10 , 30 e 100 V/m

Células TEM – comerciais

Fonte : TEKBOK –Digital Solutions:

Dados comerciais frequências intensidade de campo Célula TEM tamanho 1m até 600 MHz 148 V/m tamanho 60 cm até 800 MHz 224 V/m tamanho 40 cm até 1,4 GHz 400 V/m - Preço aproximadamente $ 1000,00

Câmara anecóica - utilizando Antena Gerar uma intensidade de campo elétrico de 100 V/m A Potência de excitação deve ser de aproximadamente 2 k W

Célula TEM Gerar uma intensidade de campo elétrico de 100 V/m A Potência de excitação deve ser de apenas 2 W

Comparativo de Potencias Câmara anecóica / célula TEM

Maior parte dos Testes automotivos requerem intensidade de campo em torno de : 100 V/m a 200 V/m .

Considerando elevadas potências para testes automotivos - apenas a câmara anecóica instalada no INPE possui esta capacidade no Brasil.

Enquanto que a camâra instalada no IPT – pode atender diversos produtos tais como : Equipamentos médicos , Industriais , e de iluminação em geral. Faixa de até 10 V/m.

Baixo Custo aproximadamente R$ 500,00 comparado a um valor que pode chegar a R$ 6000,00 célula comercial Design e Materiais Simples Permite testes preliminares em laboratório - uma prévia de funcionamento do equipamento antes do envio para teste final na câmara anecóica. Permite gerações de altas intensidades de campo elétrico Também pode ser utilizada como testes de emissões – ou seja verificar o quanto o equipamento emite de radiação para o ambiente externo Limitações : - Tamanho do equipamento / parte do circuito a ser testado

Vantagem da célula TEM construída

Referencias :

[1] C. R. Paul, “Introduction to Electromagnetic Compatibility”, 2nd. Ed., Wiley, 2006 [2] L. H. Hemming , “Electromagnetic Anechoic Chambers: A Fundamental Design and Specification Guide”, Wiley-IEEE Press, 2002 [3] M.L. Crawford, “Generation of standard electromagnetic fields using TEM transmission cells,” IEEE Transactions On Electromagnetic Compatibility, Vol. Emc-16, No. 4, November 1974. [4] Sandeep M. Satav “Do-it-Yourself Fabrication of an Open TEM Cell for EMC Pre-compliance”,IEEE 2008. [5] IEC 61000-4-20:2010, Testing and measurement techniques – Emission and immunity testing in transverse electromagnetic (TEM) waveguides [6] K. Wyatt and R. J. Jost, “EMC Pocket Guide – Key EMC Facts, Equations and Data”, SciTech Publishing , 2014.