Application note – Dips & Drops

Application note per gestione conforme di Dips & Drops

La soluzione PFS 503N con uno switch elettronico che tollera inrush secondo norma e variac trifase è perfettamente conforme ai requisiti di norma maa volte viene messa in discussione da chi crede o vuole far credere che un alimentatore – per quanto buono e con un costo inferiore – possa svolgere quanto richiesto dalla norma in maniera conforme. Analizziamo quindi gli argomenti chiave che chiariscono i problemi che insorgono con l’utilizzo di un singolo alimentatore per eseguire prove secondo IEC EN 61000-4-11, IEC EN 61000-4-34 e IEC EN 61000-4-29.

 

Voltage rise-time and fall-time

Le norme -4-11 e -4-34 prevedono espressamente che il tempo di caduta e di risalita debba essere compreso tra 1us e 5us. Questa performance può essere raggiunta solo utilizzando due fonti sincronizzate (via variac o auto-trasformatore) e switch elettronico. Un alimentatore può sviluppare un buco di tensione con un tempo di caduta minimo di decine di millisecondi e quindi non può recepire in maniera conforme sia quanto disposto dalla norma stessa, sia quanto richiesto praticamente dall’elettronica attuale i cui parametri di paragone sono decisamente più rapidi dell’ordine dei millisecondi.

Qualcuno obietta, citando un interpretation sheet del comitato tecnico mai ufficializzato, che questi parametri di salita e di discesa devono essere raggiunti in fase di taratura dello strumento utilizzato per i buchi (su un carico resistivo da 100Ohm a 90° e 270° per tutte i tipi di caduta) e non durante le prove reali. Questa argomentazione è comunque fallace poiché dimostra che un alimentatore non può essere considerato comunque conforme e non chiarisce che un buco svolto con uno switch elettronico conforme avrà una dinamica comunque più rapida di decadi rispetto a quella di un alimentatore.

Un’altra obiezione è dovuta al fatto che le norme richiedano il buco al passaggio dallo zero (0° o 180°) e che quindi nell’intorno dello zero non si può definire un tempo di salita o di discesa. Indipendentemente dal fatto che lo switch al passaggio dallo zero fatto da uno switch elettronico è trascurabile rispetto a una semionda a 50Hz o 60Hz, non è trascurabile quando la commutazione reale, per quanto svolta sullo zero, occupa un tempo di decine di millisecondi, ribadiamo quanto richiesto dalla norma: la taratura dello strumento viene svolta su un carico da 100 Ohm resistivo a 90° e 270° proprio per valutare il caso peggiore e quindi l’approccio da leguleio sulla non esistenza di un tempo di salita o di discesa al passaggio dallo zero non può che essere ignorata.

Inseguimento della fase

Una modalità attuale di svolgimento della prova è far sì che l’alimentatore abbia facoltà di inseguire la fase dell’alimentazione di rete. In questo caso l’alimentazione di rete viene utilizzata come portante e l’alimentatore rincorre la fase e si pone al livello di buco richiesto; uno switch adeguato sposterà la tensione dalla portante al buco e viceversa nei tempi richiesti dalla norma. In questo caso è importante che il costruttore dell’alimentatore garantisca comunque che i tempi di buco, dovuti allo switch ed al tempo di inseguimento siano inferiori a 5us. Ciò non ostante, questa soluzione pone il problema di avere alimentazioni di rete differenti per chi volesse fare prove su diversi provini a 50Hz e a 60Hz poiché la frequenza di alimentazione dipende dalla rete e l’alimentatore viene usato solo come tensione di buco. Inoltre, per quanto l’alimentatore stabilizzato possa essere forzato da un firmware a sfasare le tre linee della tensione trifase come, ad esempio, dalla tabella dell’Annex C della IEC EN 61000-4-34 (non presente nella -4-11), la dinamica reale del provino e quindi dello sfasamento di fase e corrente può essere raggiunta solo utilizzando un variac trifase a colonne indipendenti.

Sfasamento in sistema trifase

Entrambe le norme definiscono gli sfasamenti possibili, quelli preferenziali e quelli accettabili. Ciò che non è accettabile è un buco trifase su due fasi senza sfasamento conseguente. Chiaramente, un alimentatore che non possegga la possibilità di sfasare automaticamente durante il buco è già da considerarsi non accettabile per definizione. Peraltro, solo la soluzione con variac trifase garantisce la perfetta coerenza alla realtà e alle dinamiche dovute all’impedenza del provino.

Inrush current

Un punto particolarmente critico per gli alimentatori è l’inrush current. La strumentazione adeguata allo scopo garantisce di tollerare una inrush current di 500A per buchi fino a 16A (-4-11 e -4-34) e di 1000A per buchi oltre 16A (-4-34). Chi non può garantire questa performance (per motivi economici, la quasi totalità degli alimentatori), cita il paragrafo della norma IEC EN 61000-4-11 che permette di utilizzare un generatore o uno switch con capacità di inrush current molto minore se sono garantiti alcuni parametri del provino. Basta quindi misurare l’inrush current del provino e verificare che sia inferiore al 70% della capacità di inrush current dell’alimentatore.

Il primo punto da valutare è come si misuri l’inrush current del provino: la norma infatti prevede un circuito apposito con una sonda di corrente che va ad un oscilloscopio (in alcuni alimentatori esiste infatti l’opzione negli accessori) e che non viene normalmente citato da chi supporta questa soluzione.

Il secondo punto da valutare è il tempo necessario per questa misura.

Come si svolge questa misura? La norma dice che il provino deve essere spento per 5 minuti e, una volta acceso, la misura deve essere svolta a 90°, spento per 5 minuti e riacceso per ripetere la misura a 270°. A questo punto, il provino viene tenuto acceso per almeno un minuto, spento per 5 secondi per misurare il picco di inrush a 90° e la stessa procedura svolta per la misura a 270°. Risulta chiaro che l’inrush current debba essere misurata con una commutazione simile a quella richiesta dal buco normato, ovvero forzatamente con uno switch elettronico, che quindi diventa necessario per la verifica!

Questa procedura – che deve essere poi inserita a riferimento nel report – necessita intrinsecamente di minimo 12 minuti, se facciamo tutto correndo e supponendo che un provino non necessiti di particolari tempi di set-up tutte le volte che viene acceso. Questa procedura deve essere svolta per ogni provino. Pensiamo già solo alla necessità di ri-accensione di un sistema operativo a bordo macchina: è sempre immediata? Alcuni provini possono necessitare di determinate procedure all’accensione che occupano tempo: i 12 minuti di cui si scrive sono sempre tali o variano da provino a provino? Un laboratorio di prove, che deve svolgere questa prova su provini sempre diversi, quanto tempo perderà in un anno per la sola verifica di ogni provino e l’inserimento delle correnti di inrush in un report?

Inoltre, considerando che l’inrush deve essere misurata a 90° e 270°, come si può supportare l’idea che non abbia importanza il tempo di salita e di discesa a questi angoli di fase, come vorrebbe farci credere chi dice che non si può definire il tempo di salita e di discesa perché il buco si deve fare al passaggio dallo zero?

Buchi in tensione continua

Lo switch elettronico, per come è progettato, permette di svolgere i buchi di tensione sia in AC, sia in DC, conformemente alla IEC EN 61000-4-29. Come sopra detto, spesso gli alimentatori considerano questa norma come poco importante perché deve essere svolta forzatamente pre-compliance a causa del mancato passaggio dallo zero e dai tempi di salita e di discesa particolarmente importanti. Qui il rise-time e il fall-time su carico resistivo da 100 Ohm deve essere compreso tra 1us e 50us, comunque lontano dalle decine di millisecondi di cui abbiamo parlato e, anche in questo caso, si deve stare attenti alla inrush current.

Ciò a cui, però,  non si fa spesso caso è che la norma prevede due tipi di impedenza per i buchi: un’alta impedenza (con il blocco della corrente di ritorno) e una bassa impedenza (con assorbimento della inrush current negativa da parte del provino). Spesso anche gli alimentatori che fossero conformi, facendo un buco da una sola sorgente, possono svolgere solo il buco ad alta impedenza e quindi non arrivano a svolgere in maniera adeguata le specifiche di norma. Gli strumenti della serie PFS 503N, invece, permettono la selezione del tipo di impedenza prima della prova.