Smernica o nízkom napätí (LVD - Low Voltage Directive), oficiálne Smernica 2014/35/EÚ, je jedným zo základných legislatívnych pilierov procesu označovania CE pre elektronické a elektrické produkty v Európskej únii. Napriek svojmu názvu sa LVD nevzťahuje výlučne na to, čo inžinieri elektroniky zvyčajne považujú za “nízke napätie” (napr. 3,3 V alebo 5 V logické obvody).
Namiesto toho sa LVD vzťahuje na elektrické zariadenia navrhnuté na použitie s menovitým napätím v nasledujúcom rozsahu:
- 50 až 1000 V pre striedavý prúd (AC)
- 75 až 1500 V pre jednosmerný prúd (DC)
Ak produkt spadá do tohto prúdu (čo pokrýva takmer všetky zariadenia napájané zo siete, priemyselné nabíjačky a vysokonapäťové DC-DC meniče), musí spĺňať požiadavky LVD, aby mohol byť legálne predávaný v Európskom hospodárskom priestore (EHP).
Rozsah pôsobnosti a prekrývanie sa so Smernicou RED
Kritickou a často nepochopenou regulačnou nuansou je interakcia medzi LVD a Smernicou o rádiových zariadeniach (RED, 2014/53/EÚ).
Ak výrobok obsahuje rádiový vysielač alebo prijímač (napr. Wi-Fi, Bluetooth, LoRa) a spadá pod Smernicu RED, napäťové limity LVD sa neuplatňujú.
Podľa článku 3 ods. 1 písm. a) Smernice RED sú bezpečnostné ciele zadefinované v LVD povinné pre všetky rádiové zariadenia bez ohľadu na obmedzenie napätia. Dokonca aj 3,3 V maják (beacon) s technológiou Bluetooth Low Energy (BLE) napájaný mincovou batériou musí byť testovaný podľa bezpečnostných noriem LVD, ak má získať označenie CE podľa RED.
Kľúčová bezpečnostná norma: EN IEC 62368-1
Najrozšírenejšou harmonizovanou normou používanou na preukázanie zhody s LVD pre IT, audio a video zariadenia je norma EN IEC 62368-1 (ktorá nahradila staršie štandardy EN 60950-1 a EN 60065).
Na rozdiel od doterajších normatívnych platných predpisov je EN 62368-1 normou založenou na zásadách bezpečnostného inžinierstva zameraného na riziká (HBSE - Hazard-Based Safety Engineering). Vyžaduje, aby hardvéroví dizajnéri:
- Identifikovali zdroje energie v produkte (elektrická, tepelná, kinetická, vyžarovaná).
- Klasifikovali zdroje energie na základe ich potenciálu spôsobiť zranenie (Trieda 1, 2 alebo 3).
- Identifikovali užívateľa, ktorý by mohol s prístrojom bezprostredne manipulovať (Bežný, Poučený alebo Odborne spôsobilý).
- Navrhli a implementovali primerané ochranné opatrenia (safeguards) (prístrojové zabezpečenia, základné bezpečnostné opatrenia, doplnkové opatrenia), aby sa zabránilo prenosu nebezpečnej energie na používateľa zariadenia.
Kľúčové koncepty návrhu hardvéru pre súlad so smernicou LVD
Súlad so smernicou LVD si vyžaduje základné mechanické a architektonické obmedzenia dosky plošných spojov (PCB):
- Vzdušná vzdialenosť (Clearance) a Povrchová cesta (Creepage):
- Vzdušná vzdialenosť (Clearance): Najkratšia vzdialenosť vzduchom medzi dvoma vodivými časťami. Slúži na zmiernenie rizika dielektrického prierazu (oblúka) v dôsledku prechodného prepätia.
- Povrchová cesta (Creepage): Najkratšia vzdialenosť pozdĺž povrchu pevného izolačného materiálu medzi dvoma vodivými časťami. Minimalizuje riziko vzniku zvodových prúdov (tracking) v dôsledku kontaminácie okolia s vplyvmi ako sú vlhkosť či prach. Návrhári musia fyzicky oddeliť vysokonapäťové primárne obvody (priestor 230V AC) od nízkonapäťových sekundárnych obvodov predpísanými minimálnymi rozstupmi, čo si napríklad často vyžaduje fyzické medzery ako vyfrézované izolačné drážky v PCB.
- Izolácia a dielektrická pevnosť (Hi-Pot test): Transformátory, optočleny a digitálne izolátory prekonávajúce bezpečnostnú bariéru musia vydržať testy s injektovaním vysokého napätia (napr. 1500 Vrms alebo 3000 Vrms po dobu 1 minúty) bez zlyhania izolačnej pevnosti materiálov.
- Horľavosť: Materiály PCB (typicky FR-4) a plastové obaly musia mať podľa normy UL 94 presné triedy horľavosti (napr. V-0), aby sa zabezpečilo, že produkt je v prípade individuálnej poruchy samohasiaci a zamedzuje šíreniu ohňa.
- Uzemnenie a prístupné kovové časti: Voľne prístupné odnímateľné súčiastky a vonkajšie kovové súčasti prístupné bežnému spotrebiteľovi musia byť mimoriadne spoľahlivo a bezpečne spojené s ochranným vodičom PE. Čím sa predchádza nebezpečenstvu tým, že všetky chybové a unikajúce prúdy prerušia istič predtým, ako prejdú telom používateľa prichádzajúceho do interakcie so zariadením.
Prístup Inovasense k LVD
Bezpečnosť sa nedá dopracovať “na záver” dodatočne. V spoločnosti Inovasense sú aspekty elektrickej bezpečnosti a princípy normy HBSE zapracovávané lineárne, priamo do obvodového návrhového systému schém a fázy strategického výberu kľúčových komponentov s prísnou evidenciou formou V-modelu.
Už v etape usporiadania zložiek PCB a pri layout routovaní striktne zavádzame podrobné dizajnové pravidlá obmedzení tolerancií (DRCs). Práve ich exaktnou definíciou prostredníctvom nástroja Altium Designer dokážeme automatizovane vynucovať pravidlá “Clearance & Creepage” cez odlišné oblasti primárneho a sekundárneho napájania súčiastok zariadenia. Pristupovaním ku štandardom pre Smernicu o nízkom napätí EÚ ihneď vo forme fundamentálnych architektonických blokov minimalizujeme zdĺhavé dizajnové záplaty, čím vytvárame neustále pokročilé hardvérové inžinierske výstupy určené priamo na prvotriedne zhodnotenie certifikačnými postupmi.