Inleiding EMC stoorbronnen

Transcriptie

1

2 Toename EMC storingen Klachten Enkele voorbeelden: Tijd Airbag elektronica ABS systemen Actieve veer systemen Elektronische snelheidsregelingen Board computers

3 Oorzaken toename EMC storingen Mobiele telefonie (900 en 1800 MHz) Portable gebruik GSM in auto Draadloze netwerken (2.4 GHz en 5 GHz) Low Power Devices 27 MHz boosters Digitale audio- en video broadcasting Sateliet netwerken Micro controllers overal toegepast Snelheid van programmeerbare logica Processor snelheid naar 1 GHz en up Steeds meer automatische meet- en besturingssystemen Digitale Modulatie techniek

4 Toename toegepaste (zend) frequenties Bij zenders worden steeds hogere frequenties toegepast omdat de frequentie banden vol raken. Bij computer systemen worden steeds snellere systemen met hogere kloksnelheden ontwikkeld. 160 GHz 80 GHz 40 GHz 20 GHz 1 GHz Jaren

5 D.C. 16 2/3 Hz 50 Hz 30 khz 300 khz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz 300 GHz 10 k m 1 km 100 m 10 m 1 m 1 dm 1 cm 1 mm Frequentieband indeling L.W. M.W. S.W. V.H.F. U.H.F. E.H.F. S.H.F. L.W. broadcast M.W. broadcast. ISM 27 MHz S.W. broadcast F.M. broadcast MHz ISM ISM 433 MHz 2.45 GHz G.S.M. 900 MHz Portofoons. 170 MHz.. G.S.M MHz. DECT 1600 MHz links 38 GHz. Satalite communications 10 GHz - 18 GHz Light

6 10 khz 100 khz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz Far field versus Wavelength m m m 100 m 10 m 1 m 0.1 m Near-field Far-field

7 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 khz 10 khz Limits for E-field radiation V/ m V/m V/m 100 V/ m CENELEC Workplace Public area

8 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 khz 10 khz Limits for H-field radiation mt CENELEC mt 10 mt 1 mt 0.1 mt 0.01 mt Workplace Public area

9 10 khz 100 khz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz Limits for E-field radiation V/ m V/ m 100 V/m 10 V/m 1 V/ m CENELEC Workplace Public area

10 IEC-model AC-port DC-port Enclosure port Device Under Test Earth port Signal/ control port

11 EMC-niveaus Ontwerpmarge Ontwerpmarge Immuniteitsniveau ( slachtoffer ) Immuniteitslimiet ( norm ) Veiligheidsmarge Emissielimiet ( norm ) Emissieniveau ( stoorbron )

12 AM-detectie

13 AM-detectie Geen AM-modulatie Draaggolf FM of ongemoduleerd signaal Irf 12 V 6 V

14 AM-detectie 1 khz modulatie Draaggolf Amplitude- of pulsgemoduleerd signaal 12 V Irf 1 khz modulatie

15 AM-detectie Modulatie (212 Hz) t 900 MHz draaggolf Gewenste signaalband Frequentie conversie 20 khz 212 Hz stoor -signaal 900 MHz draaggolf F Zijbanden (212 Hz)

16 AM-detectie AM-detectie bij IC s 1 khz modulatie Draaggolf I s I s1 Amp 1 Amp 2 C PCB C k

17 AM-detectie Tegengaan van HF-detectie Indien de HF-energie bij de 1e PN-overgang komt, zal detectie plaatsvinden en is het niet meer mogelijk de beïnvloeding tegen te gaan. Methoden om detectie tegen te gaan moeten dus gezocht worden in het tegenhouden van de HF-energie.

18 AM-detectie Tegengaan van HF-detectie Dit kan gerealiseerd worden door - Afscherming van de aangesloten kabels - Afscherming van de behuizing van de versterker - Common mode filters

19 AM-detectie Ingangsprotectiecircuit De meeste i.c s hebben op hun ingang een protectie circuit tegen onder en over spanningen. Dit circuit zal, indien er geen filters toegepast worden, veroorzaken.

20

21 Voedings ontkoppeling Doel voedingsontkoppeling: leveren van de piekstromen voor het i.c. Icc [ma] Vi [V]

22 Inductie aansluitdraden Typical 6 nh Typical 0,3-1 nh

23 Paracitieve effecten

24 Resonatie van condensatoren 1) Elco 100 µf 2) Tantaal 470 nf 3) Metaalfilter 100 nf 4) Ceramisch 100 nf 5) Ceramisch SMD 100 nf

25 Condensatoren De ontkoppelcondensator zal samen met de inductieve sporen in resonantie komen bij: C = 100 pf; ± 200 MHz C = 1 nf; ± 75 MHz C = 10 nf; ± 25 MHz C = 100 nf; ± 10 MHz

26 Ontkoppelcondensatoren Slechte opstelling van de ontkoppelcondensator. c Betere opstelling van de ontkoppelcondensator. c

27 Paricitaire effecten in IC s Het ontkoppelen van de voedingsspanning bij het IC wordt bemoeilijkt door de interne, parasitaire, componenten in het IC. Inductie van voedingsspannings- draden in IC: 5-30 nh Capaciteit van de draden in het IC (naar de nul): 1,5-3 pf Weerstand van de draden in het IC: 0,1 Ohm

28 Totempaalcircuits in IC s In CMOS IC s wordt veelvuldig gebruik gemaakt van inverters met het onderstaande schema: Ingang Vcc.... Uitgang

29 Logische poorten De ingangscapaciteit van CMOS- en TTL-poorten ligt rond de 5 pf. De uitgangscapaciteit ligt rond de 10 pf.

30 Transmissielijntheorie Vervangingsschema transmissielijn R /2 L /2 Lijn impedantie Zo = C G L /2 jwl + R jwc + G R /2

31 Transmissielijntheorie Eenheden: L = Karakteristieke inductie per lengte eenheid nh/m C = Karakteristieke capaciteit per lengte eenheid pf/m R = Karakteristieke weerstand per lengte eenheid W/m G = Karakteristieke geleiding per lengte eenheid S/m

32 Transmissielijntheorie Verliesvrije transmissielijn L /2 C L /2 L Lijnimpedantie, Zo = C Vertragingstijd, t p= L * C

33 Transmissielijntheorie De snelheid van een golf in een (coax)kabel wordt vertraagd door het dielectricum van het isolatiemateriaal in de betreffende kabel. De snelheid van een golf in een (coax)kabel bedraagt ongeveer km/s. Dit komt overeen met een vertragingstijd t van 5 ns/m.

34 Voedingsspanningcircuit IC-behuizing.... Cp Cp Cp Rp Rp Rp Lp Lp Lp Spoor Cs 2 Ls Rs Uitgang Cs 2 Ontkoppelcondensator Lk Rk Ck Vcc

35 Voedingsspanningcircuit Als het de layout rond de ontkoppelcondensator goed wordt gekozen, is de inductie van dit spoor verwaarloosbaar klein.

36 Voedingsspanningcircuit IC-behuizing.... Cp Cp Cp Rp Rp Rp Lp Lp Lp Ontkoppel C Lk Uitgang Rk Ck Rs Ls Ontkoppel C Vcc Lk Rk Ck

37 Voedingsspanningcircuit Door een spoel op te nemen in het voedingsspanningcircuit, vlak voor de ontkoppelcondensator, wordt voorkomen dat er hoogfrequentstromen uit de rest van de voeding getrokken wordt. Deze spoel kan echter met de ontkoppelcondensatoren voor en achter deze spoel, in parallel resonantie komen, hetgeen verhoogde storingsemissie kan veroorzaken. Om deze reden wordt een 50 tot 100 W weerstand parallel aan de spoel geschakeld. Door deze weerstand wordt de maximale impedantie beperkt.

38 Voedingsontkoppeling Voedingsontkoppeling van IC's is noodzakelijk, echter men moet er zorg voor dragen dat men niet al te grote ontkoppelcondensators gebruikt. Hoe hoger de capaciteit, des te groter de parasitaire zelfinductie ook wordt. Dit heeft als gevolg dat grote condensatoren een relatief slecht HFgedrag vertonen.

39 Voedingsontkoppeling

40 Berekenen ontkoppelcondensatoren D(I) dt C x = + d(ve) Laadstroom ingangscapaciteit Cs d(vs) d(ve) Laadstroom uitgangscapaciteit

41 L-C filters L X L = 2 π f L X C = C 1 2 π f c

42 Filtering: 1 condensator Buitenwereld Impedantie van : : 50 ohm tot ohm EFT: 50 ohm Stoorbron Stromen t.g.v. HF-velden : ohm Surge: ½ - 10 ohm ~ Ri Ri ~ EUT Stoorbron Geen filtering voor surgepulsen. Filtering van binnen naar buiten afhankelijk van Ri van EUT-storing

43 Filtering: RC versus LC - 6 db/octaaf + Goedkoop + Absorptiedemping - Spanningsval + 12 db/octaaf - Duur - Reflectiedemping (emissie) + Lage spanningsval - Filterresonantie Ri Ri ~ ~ Ri Ri ~ ~ Stoorbron Stoorbron

44 Filtering: PI versus T Hoog impedant Laag impedant Koppelweg voor storing gegarandeerd ~ ~ ~ ~

45 Directionele filtering U gewenst f = 10 MHz Signaalrichting 1x (F = 10MHz) 10x :10 ~ ~ :100 :10 Richting stoorsignaal Ri U stoor f = 10 MHz

46 Gebruik CM- en DM-spoelen Common mode spoel Icm Voordeel Nadeel Idm : Geen verlies weerstand naar nul (aarde) : Aardlekschakelaars geen probleem : Duur : Matige filtering Differential mode spoel Toepassing : Medische netfilters (Iat < 50 ua) : Zeer hoog Ohmige inputs

47 Gebruik niet-lineaire filters Uitvoeringen: - Vonkbruk - Gasontladingsbuisjes - Zenerdiode - VDR - Transorb/Surge arrestor Risico - cop niet lineair device - Alleen toepassen op voedingslijnen - Vonkbruggen en gasontladingsbuisjes zijn alleen a-lineair als deze doorslaan

48 Doorvoer condensatoren

49 Doorvoer filters

50 SMD common mode spoel

51 T-filters

52 Condensator arrays D-connector Keramische array Keramische condensator tussen 0V en kast GND Elke lijn wordt voor hoge frequenties ge-bypassed door de condensator naar het chassis Kast GND Koper niet aan 0V De condesator wordt geplaatst ter voorkoming van laag frequente GND-loops, terwijl er nog steeds een hoogfrequente ontkoppeling is.

53 Clamp on ferrieten

54 Flat cable ferriet

55 Ferrieten Ferrieten worden gebruikt om stoorsignalen met relatief hoge frequenties te onderdrukken. Het berust op het principe dat bij hoge frequenties de impedantie van de ferriet hoog wordt, derhalve dus ook meer dempt. Z s Z f De demping of insertion loss = 20 log 10 Z L Zs + ZL + Zf Zs + ZL

56 Ferrieten De impedantie van ferrietmateriaal bij een bepaalde frequentie is sterk afhankelijk van de soort ferriet (samenstelling). Derhalve moet men op de hoogte zijn van de te onderdrukken stoorfrequentie voor een maximaal effect.

57 Ferrieten Voorbeeld: Stel, men wil een 10 db demping verkrijgen bij een frequenty van 100 MHz. Zs = Zl = 50 W 20 log Zs + Zl + Zf Zs + Zl 10 db = 20 log Zf 0,5 = log 100 3,16 = Zf = 216 Ω Zf Zf

58 Ferrieten De door de leverancier beschikbaar gestelde datasheets moeten dan duidelijkheid verschaffen welk ferriet bruikbaar is. Uiteraard voor de uitvoeringsvorm (PCB-ferriet, ferriet voor kabels) moet u zelf een keuze maken.

59 Voorbeeld: Toepassing ferrieten

60 Capacitieve overspraak

61 Transorbs en suppressors V + 20 V + 12 V T.V.S. = Transient Voltage Suppressor

62 Transorbs en suppressors Multilayer Varistors Deze worden voornamelijk gebruikt om componenten te beschermen tegen s. Het principe luidt hier: afvloeiing van de stroom door verschillende elektroden. I I Symbool

63 Netfilters De netfilters hebben ten doel: Zorg dragen voor de immuniteit van het apparaat Zorg dragen dat het apparaat niet te veel emissie produceert Een netfilter kan bestaan uit één enkele condensator of uit een gecombineerde schakeling van condensatoren en inducties.

64 Netfilters Maximaal toegestane lekstroom van Y-condensatoren: Draagbare apparatuur : 0,75 ma Vaste apparatuur : 3,5 ma Medische apparatuur : 0,1 ma Patiëntgebonden apparatuur : 50 µa Klasse II apparatuur : 0,25 ma (dubbelgeïsoleerd)

65 Berekenen lekstoom X c = I = π f C U R U I lek = 2 π f C

66 Toegestane lekstroom Maximaal toelaatbare lekstroom: Draagbare apparatuur : ± 10 nf Vaste apparatuur : ± 50 nf Medische apparatuur : ± 1 nf Klasse II apparatuur : ± 3 nf

67 Differential mode filtering Differential modestoringen worden ook wel symmetrische storingen genoemd en zijn storingen welke tussen de fase en de nul optreden. Fase Nul Ground ~ U D.M. I D.M. Filter

68 Common mode filtering Common modestoringen worden ook wel asymmetrische storingen genoemd en treden op tussen fase en nul enerzijds en aarde anderzijds. Fase Nul Aarde I CM I CM I CM Filter I CM

69 Keuze netfilter type Bron: Type filter: Slachtoffer: Hoge impedantie Lage impedantie Lage impedantie Hoge impedantie

70 Keuze netfilter type Bron: Type filter: Slachtoffer: Lage impedantie Lage impedantie Hoge Impedantie Hoge impedantie

71 Filter monage Filter moet over groot oppervlak goed geleidend aan de kast bevestigd worden. Aansluitdraden van de schone kant en vuile kant mogen absoluut niet parallel lopen! Voor filterdemping boven enige MHz kan alleen bereikt worden als de schone en vuile kant elkaar niet kunnen zien.

72 Foutive filtermontage Fase Nul Aarde Filter U cm Kastwand

73 Goede filtermontage Fase Nul Aarde EMC-aarding Filter Veiligheidsaarding Kast

74 Injectie van storingen Fase Nul Aarde Filter Klasse II apparaat Parasitaire capacitieve koppeling naar omgeving

75 Injectie van storingen Stoorpulsen op de fase en/of de nul worden via de Y-condensatoren naar aarde afgevoerd. Stoorpulsen op de aarde zelf, zullen door dit filter echter juist ingekoppeld worden en via de parasitaire capaciteit van het apparaat met de omgeving naar aarde teruglopen.

76 Filter met aardspoel Fase Nul Aarde Klasse II apparaat

77 Filter met vier spoelen Fase Nul Aarde Klasse II apparaat

78 Wet van Lentz ~ A A

79

80 Fingerstocks en gaskets Fingerstocks zijn strippen van voornamelijk Berylium koperlegeringen, die in afgeschermde ruimtes maar ook in systeemkasten worden gebruikt, om openingen te voorzien van een goed geleidende afsluiting. Daar waar de verbinding regelmatig los en vast gemaakt moet worden, zijn fingerstocks te prevaleren boven gaskets. Mesh -gasket worden met name voor permanente verbindingen toegepast. Rubbergaskets worden toegepast daar waar zowel EMC als waterafdichting gewenst is.

81 Fingerstocks Tijdelijke verbindingen t.b.v. deuren Compressie 25 tot 50% Onderhoud vereist

82 Mesh gaskets Permanente verbindingen

83 Rubbergaskets Waterdichte verbindingen

84 Connector gaskets Verbetering contact tussen connector en behuizing. Alle contactvlakken dienen elektrisch geleiden te zijn (geen ALU oxide of verf!).

85 Het Skineffect Voor een goede afscherming (90 db) is een materiaaldikte van 10 maal de skindiepte aan te bevelen. Voorbeeld: Voor koper geldt dat bij een frequentie van 10 khz 10 maal de skindiepte overeenkomt met 0,7 mm.

86 Het Skineffect In de praktijk betekent dit dat de materiaaldikte bij de meeste EMCproblemen niet relevant is. Alleen bij lage frequenties (f < 100 khz) moeten wij de materiaaldikte in de gaten houden.

87 Het skineffect d = 2 w * s * µ W = hoekfrequentie (= 2πf) µ = magnetische permeabiliteit s = conductiviteit van materiaal De skindiepte is die waarde waarbij de E/M-veldsterkte in het materiaal met 63% is afgenomen (= 9 db).

88 Het skineffect Skindiepte koper bij 50 Hz : 1 cm Skindiepte koper bij 10 MHz : 20 µm

89

90 PCB Routing Ingangsfiltering I s I s1 Amp 1 Amp 2 C PCB U s I s2 C k

91 PCB Routing Ingans- en uitgangsfiltering I s Amp 1 Amp 2 I s1 C PCB Schakeling wordt in geheel opgetild t.o.v. de omgeving. Alle electronica blijft onderling op hetzelfde potentiaal. U s I s2 C k

92 PCB Routing Slecht referentievlak I s1 Amp 1 Amp 2 I s I s 2 C PCB Optelling van spanning in nulgeleider bij inputsignaal versterker 2 Oplossing: - Referentievlak (laag impedant) - Kabels aan 1 kant houden C k

93 PCB Routing Kabels aan 1 zijde PCB I s C k Amp 1 Amp 2 C PCB

94 PCB Routing Kabels aan 2 zijden PCB Door middel van een capacitief scherm wordt de paracitaire capaciteit gebypassed. Icm Print Scherm U U = 0V Deze methode is alleen geschikt als alle kabels aan 1 kant van de PCB zitten.

95 PCB Routing Kabels aan 2 zijden PCB Icm Metalen kast of extra metalen plaat CS C PCB Us C k

96 PCB Routing PI-filtering (laag impedant) I s C k C PCB - Grote stromen - Gedefinieerde loop van stoorstromen - Gewenst als Ri van stoorbron hoog Ohmig is (> 50 Ohm) (normaal alle korte I/O-kabels)

97 PCB Routing T-filtering (hoog impedant) I s C PCB - Lagere stromen - Minder goed gedefinieerde loop van de stromen - Gewenst indien Ri van stoorbron laag Ohmig is (voedingskabels en lange I/O-kabels) C k

98 PCB Routing Directe instraling op PCB AM-detectie op ingang 2 van de versterker I s Cpcb Oppervlak bepaalt ontvangst antenne Oplossing 1) Verkleinen lusoppervlak (d.m.v. nul langs spoor of d.m.v. referentievlak) 2) Capaciteit over ingang 2e versterker (of LC- c.q. RC- filter) C k

99 PCB Routing Gescheiden referentievlakken Analog input 1 Analog input 2 Analog input 3 Analog en digital GND aan elkaar Alleen scheiden van referentievlakken als galvanische scheiding noodzakelijk is. Geen sporen over overgangen van referentievlakken laten lopen A/D A/D A/D Processor Processor Processor

100 PCB Routing Het PCB-ontwerp Bij het ontwerpen van een lay-out zijn de ontwerpen voornamelijk gericht op de keuze van de signaalstromen tussen de componenten. De retourstromen worden geroot via toevallige aanwezige printsporen teneinde de stroomkring te sluiten. Dit overlaten aan toevalligheden kan tot problemen leiden. ontvanger zender

101 PCB Routing Het PCB-ontwerp Het elektrisch veld is opgesloten tussen de signaalstromen de retourstroom. Hierdoor bereiken we een grote reductie van de opgewekte straling (c.q. een verbetering van de immuniteit) ontvanger

102 PCB Routing Het PCB-ontwerp Het elektrisch veld is voornamelijk opgesloten tussen de twee geleiders. Derhalve ontstaat minder overspraak naar naastgelegen geleiders. Dit wordt ook wel een parallelle golfgeleider genoemd. printkaart

103 PCB Routing Het PCB-ontwerp Voor de tweede verbinding moet gebruik gemaakt worden van draadbruggen (bewerkelijke situatie). zender ontvanger zender ontvanger

104 PCB Routing PCB met Referentie vlak zender ontvanger zender ontvanger

105 PCB Routing PCB met referentie vlak Gebruikmakend van een referentie vlak, zal de retourstroom de makkelijkste (niet noodzakelijk de kortste) weg terug nemen. De stroom zal in de lus met de laagste impedantie retour lopen. Dit zal het pad zijn waarmee de kleinste lus oppervlakte wordt omvat. (Het uitgezonden veld wordt immers bepaald door de stroom maal het lus oppervlak). printspoor aardvlak printkaart

106 PCB Routing Multilayers (3 laags PCB) Een laag met alleen noord-zuidverbindingen, een laag met alleen oostwestverbindingen en een laag als aardvlak. De retourstroom blijft zo netjes onder de signaalstroom. Nadeel: De middelste laag is slecht toegankelijk voor reparaties, modificaties etc. Zijaanzicht Doormetalisering n-z o-w Aardvlak

107 PCB Routing Multilayers (3 laags PCB) Wanneer het referentie vlak in het midden wordt geplaatst, doet het aardvlak tevens dienst als afscherming voor elektromagnetische velden voor zowel de bovenste als de onderste helft. De retourstroom blijft onder de signaalstroom. Zijaanzicht n-z Aardvlak o-w

108 PCB Routing Voedings vlakken Zijaanzicht n-z Aardvlak VCC o-w

109 PCB Routing Toepassen referentievlak Stel: Onderzijde PCB is volledig gesloten GND plane. Hoe loopt de retour stroom? Kortste weg (diagonaal door GND plane) Onder heengaande spoor

110 PCB Routing Voedings vlakken Wanneer de voedingsspanning ook als vlak uitgevoerd wordt, ontstaan er problemen met de retourstromen ter plaatse van de doormetaliseringen. Het gevolg zal zijn dat de retourstroom via een langer retour pad terug zal lopen. De stroom kan ter hoogte van de via s de volgende paden kiezen: 1. Via de dichts bij gelengen ontkoppel condensator 2. Via de verdeelde capaciteit tussen plus en min vlak

111 PCB Routing Voedingsvlakken Wordt er nu ter plaatse van de door- metalisering een ontkoppelcondensator tussen VCC en het aardvlak aangebracht, kunnen de signaalstroom en de retourstroom vrijwel dezelfde weg volgen. Onderstaande figuur is praktisch echter onuitvoerbaar. Zijaanzicht n-z Aardvlak VCC o-w

112 PCB Routing Voedingsvlakken Bewerkelijke procedure daar elke door-metalisering van een ontkoppelcondensator voorzien moet worden. Zijaanzicht n-z Aardvlak VCC o-w

113 PCB Routing Multilayers Wanneer het VCC-vlak niet meer als aardvlak fungeert, kunnen de signaalstromen en de retourstromen praktisch dezelfde weg volgen. Wordt het VCC-vlak uitgevoerd als een egaal kopervlak, dan kan er een striplinestructuur ontstaan die niet goed functioneert. Zijaanzicht n-z Aardvlak o-w VCC

114 PCB Routing Klokdistributie Een striplinestructuur is een structuur waarbij een geleider is opgesloten tussen twee referentie vlakken. De symmetrie van een striplinestructuur zorgt ervoor dat de retourstromen zowel in het onderste referentie vlak als in het bovenste lopen. Zijaanzicht Aardvlak Geleider Aardvlak

115 PCB Routing Klok distributie Voorbeeld van een striplinestructuur in een multilayer: Zijaanzicht Microstrip Aardvlak Stripline Aardvlak

116 PCB Routing Klok distributie Bij toepassingen van meerdere aardvlakken moet men er zorg voor dragen dat de retourstromen dezelfde weg kunnen gaan. Zijaanzicht Microstrip Aardvlak Aardvlak

117 PCB Routing Reflecties Door de transmissielijn karakteristiek af te sluiten zullen de reflecties onderdrukt worden. Zender Ontvanger

118 PCB Routing Reflecties Oorzaak van deze pulsvorming is interferentie van een heengaande golf met een tweemaal vertraagde heengaande golf die gereflecteerd is tegen respectievelijk ontvanger en zender. Bij korte transmissielijnen zijn deze golven in fase met elkaar. Zender Ontvanger

119 PCB Routing Reflecties Op onderstaande manier kan de klok over het board verdeeld worden. Nadelen: Looptijd verschillen tussen ontvangers Klok lijn kan niet karrakteristiek gehouden worden Ontvanger Ontvanger Zender Ontvanger

120 PCB Routing Reflecties Wanneer timingproblemen kunnen ontstaan, moet elke ontvanger zijn eigen transmissielijn krijgen (die ook nog lopend is afgesloten). Nadeel: De klok generator moet een hoge fan out hebben. Zender Ontvanger Ontvanger Ontvanger Ontvanger

121 PCB Routing Radiated emissie Bus met kloksignaal

122 PCB Routing Radiated emissie Alleen klok actief Klok en databus actief

123 PCB Routing Gebruik spead spectrum klok

124 PCB Routing spead spectrum klok: uit

125 PCB Routing Spead spectrum klok: aan

126 PCB Routing RS232 Maximaal toegestane kabellengte: 20 m Hogere emissie van HF-signalen Hogere gevoeligheid voor externe velden Risico van common mode stromen t.g.v. nulgeleider I

127 PCB Routing RS 422/RS 485 Maximaal toegestane kabellengte: 1,2 km Lage emissie van HF-signalen Lagere gevoeligheid voor externe velden Geen nulgeleider!!

128 PCB Routing IIC bus De IIC bus is bedoeld als communicatie bus op de PCB tussen i.c. s Het gebruik van deze bus tussen PCB s, ook als gaat het slehts om tientallen centimeters, is sterk af te raden. De IIC tollereert slechts een zeer kleine capacitieve belasting waardoor het filteren van deze signaal lijnen bijna onmogelijk is.

129

130 Sniffer meetmiddelen Om EMC-problemen van printplaten te kunnen oplossen, zijn een aantal methoden onontbeerlijk. Voorbeelden hiervan zijn : Current probe voor emissiemetingen Current probe voor immuniteitsmetingen H- en E-veld probes Zelf te maken probes

131 Current probe De current probe kan zowel voor emissie als voor immuniteitsmetingen gebruikt worden. De spectrum analyzer wordt dan vervangen door een signaalgenerator al dan niet met een RF-versterker.

132 E- en H-veld probeset

133 E- en H-veld probes

134 PCB-probe De stroom die door het printspoor loopt, wekt een elektromagnetisch veld op wat door het ferrietmateriaal wordt opgepikt. Het meetspoeltje geeft dit als een spanning weer. Printspoor Meetinstrument

135 Meetfouten t.g.v. probeclip

136 Inductie aardgeleiders L» 10 nh/cm. Een draadje met een lengte van 10 cm heeft een inductie van» 100 nh. Bij een frequentie van 200 MHz komt dit overeen met een impedantie van 120 W.

137

138 Onstaan statische elektriciteit Materiaal A Materiaal A DQ = 0 Scheiden van materialen Materiaal B DQ =2 * Q Tribo elektrische ontlading Materiaal B

139 Ontstaan statische elektriciteit Scheiden van materialen Materiaal A Materiaal B

140 Opladen van materialen Het opladen van materialen ontstaat wanneer twee verschillende materialen langs elkaar bewegen. Bij het wrijven wordt het ene materiaal positief en het andere materiaal negatief geladen. Dit verschijnsel wordt ook wel tribo elektrische oplading genoemd. Het materiaal wat het hoogste in de tribo elektrische reeks staat, zal positief geladen worden, terwijl het andere materiaal negatief geladen zal worden.

141 Tribo elektrische oplading Door wrijving tussen materialen onderling en het scheiden van de materialen, kunnen elektrostatische ladingen ontstaan. Door het wrijven van de oppervlakten kunnen elektronen van het ene naar het andere oppervlak verplaatsen, met als gevolg een ladingsonbalans tussen de materialen (potentiaal verschil).

142 Tribo elektrische eerie + Lucht Asbest Konijnenbont Glas Mica Mensenhaar Nylon Wol Bont Lood Zijde Aluminium Papier Katoen Staal Hout Amber - Was Hard rubber Nikkel/koper Bras/zilver Goud/platina Sulfiet Acetaten/rayon Polyester Celluloid Orlon Saran Polyurethaan Polyethyleen Polypropyleen PVC Silicium Teflon

143 Geïnduceerde lading Als een geladen object in de buurt van een niet geladen object komt, kan er elektrostatische lading worden geïnduceerd in het ongeladen object. Q = C * V of U = Q/C

144 Geïnduceerde lading De capaciteit tussen objecten neemt af als de afstand tussen de objecten toeneemt: 4 pf 25 V 2 pf 50 V 1 pf 100 V Als de lading constant blijft, zal de spanning dus toenemen als de afstand tussen de objecten groter wordt!

145 Parallelle plaat condensator C = er* eo * Hierin is: er = Relative dielectrische constante eo = Dielectrische constante in vacuüm A = Oppervlakte van de platen d = Afstand tussen de platen A d

146 Geïnduceerde lading

147 Geïnduceerde lading

148 Ontlading van mensen Wrijving Vervangingsschema van een mens U = Z tot 25 kv 300 tot Ohm (50 tot Ohm worst case) 100 tot 300 pf (80 tot 500 worst case)

149 Het opladen van mensen Oplading ontstaat bij het lopen over vloerbedekking maar ook reeds bij het zwaaien met de armen. Het optillen van een arm geeft een oplading van ~100 Volt. Opstaan vanaf een bureaustoel geeft een oplading van ~1.000 Volt!!!

150 Modellen voor simulatie van Human Body Model Ohm 100 pf Machine Model

151 Specificaties -puls De maximale spanning welke een object kan dragen, hangt af van een aantal zaken. In worst case -situaties kan een mens opladen tot 40 kv. Boven de 40 kv zal ontlading plaatsvinden ten gevolge van het Corona Effect. De energie sproeit als het ware weg, onder het uitstralen van een paarse gloed, hoogfrequent energie en de productie van ozon. Bij een hoge luchtvochtigheid zal lading eerder kunnen weglekken zodat minder hoge spanningen bereikt worden.

152 Specificaties -puls De capaciteit van mensen varieert ten gevolge van o.a. fysische verschillen. Hierbij speelt het soort schoeisel een grote rol. De gemiddelde capaciteit van vrouwen licht hoger dan die van mannen t.g.v. een kleiner voetoppervlak. Hierdoor zullen ontladingen, veroorzaakt door vrouwen, over het algemeen meer energie bevatten dan bij mannen, onder dezelfde omstandigheden. De weerstand van de mens wordt met name bepaald door de huidweerstand. Een vochtige huid (zweterig) is vrij laag Ohmig.

153 Specificaties -puls De piekstroom tijdens een ontlading wordt bepaald door de huidweerstand, waarbij waarden van 100 Ampère (worst case) kunnen optreden. De stijgtijden van een -ontlading variëren tussen de 0,5 ns en 50 ns met een duur van een paar honderd nanoseconden. De stijgtijd van een luchtontlading hangt o.a. af van de vorm van de ontlaadtip, de luchtvochtigheid, de luchtdruk en de snelheid van het naderen tot het ontladingsobject.

154 Enkele praktijkgetallen Het menselijk lichaam kan worden opgeladen tot ~ 25 kv (in extreme situaties ~ 40 kv). De maximale lading bedraagt ~ 5 micro coulomb. Als wij uitgaan van een mens met een capaciteit van 200 pf welke een lading draagt van 2 micro coulomb, zal deze spanning ongeveer Volt dragen (V=Q/C) Bij de ontlading zal een energie van W = 1/2 C.V = 1 milli Joule vrijkomen. Met een ontlaadstroom van tussen de 6 en 67 Ampère.

155 Diverse type ontladingen Geladen persoon naar geaard systeem

156 Diverse type ontladingen Geladen persoon naar niet geaard systeem

157 Diverse type ontladingen Geladen persoon nar niet geladen auto.

158 -optredende effecten Bij een -ontlading is er sprake van een vijftal verschillende effecten welke elk op hun eigen manier elektronische apparatuur kunnen verstoren. Bij het simuleren van -ontladingen is het van belang goed op de hoogte te zijn van de diverse effecten, zodat een zo realistisch mogelijk beeld over het -gedrag van de te testen apparatuur verkregen wordt.

159 Effecten bij een luchtontlading RFI-storing t.g.v. corona-ontladingen voordat de ontlading plaatsvindt (spetteren). Elektrisch veld, opgewekt voordat de ontlading plaatsvindt. Elektrisch veld, opgewekt tijdens de ontlading. Magnetisch veld, opgewekt tijdens de ontlading. Stroominjectie, ten gevolge van de ontlading.

160 -gevoeligheid componenten

161 Storingsmechanismen 1. Dielectrische doorslag -Spanningsafhankelijk 2. Thermische doorslag -Energieafhankelijk 3. Latente storingen -Afname MTBF 4. Degradatie van specificaties -Afname kwaliteit -Afname MTBF

162 Foto -schade -schade Bond wire

163 Foto -schade

164 Foto -schade

165 Foto -schade

166 Foto Schade

167 Typen -ontladingen Contact mode ontladingen Luchtontladingen

168 Meetmethoden Meting met behulp van elektrostatisch ladingsmeter Meting van pulsvorm tijdens ontlading

169 Kastopbouw Alle kabel in- en uitgangen dienen voorzien te zijn van filters en/of afgeschermde kabels. De lucht- en kruipwegen bij alle gaten, schakelaars, indicators, displays etc. moeten voldoende lang zijn (1mm/kV). Gebruik indien nodig: Folie voor LCD-displays Toets knoppen met hoed Toets Kast

170

171 Wanneer gaan nadenken over EMC? EMC in de ontwikkelfase Wanneer een bestaand product niet voldoet aan de EMC-norm en derhalve gemodificeerd moet worden om te voldoen, zal dit een kostbare aangelegenheid zijn. Wordt er in het ontwerpstadium al rekening gehouden met EMCinvloeden dan zullen deze kosten vrijwel altijd laag zijn.

172 Primaire design keuzen EMC in de ontwikkelfase Modulair systeem? Welke logica op dezelfde PCB Keuze communicatie bus(sen) Behuizing en aansluitkabels Indeling en interne bedrading Gebruikte componenten Het printkaartontwerp

173 Product spreiding EMC in de ontwikkelfase Order grootte: 2 à 3 db tot 20 db afhankelijk van kwaliteit design Oorzaken: Kabelrouting (kabelbomen/flat cables) Second source suppliers Spreiding in componenten (batches) Software (vastleggen S.W.-versie) Printmateriaal Behuizing (kwaliteit van de afscherming)

174 Afscherming versus filtering EMC in de ontwikkelfase Afscherming: Duur Moeilijk goed uit te voeren Kans op fouten (1- of 2-zijdig afmonteren, aardlussen) Wel toepasbaar als f-gewenst en f-stoor gelijk zijn Filtering: Goedkoop Op PCB aan te brengen Geen kans op fouten Niet toepasbaar als f-gewenst en f-stoor gelijk zijn

175 Gebruikte componenten EMC in de ontwikkelfase De immuniteit kan verhoogd worden door: - veilige (beveiligde) componenten Filters voor I/O-lijnen Alle niet gebruikte in- en uitgangen van de gebruikte IC's te definiëren Maatregelen te nemen tegen HF-detectie

176 EMC PCB design, hardware EMC in de ontwikkelfase Basisregels voor een goede EMC design: Pas een referentie vlak toe (indien mogelijk) Gebruik geen plus vlak Ontkoppel elk i.c. met de juiste ontkoppel condensator Gebruik snubbers bij snelle i.c. s Houd alle kabels aan 1 kant van de PCB Filter alle in en uitgangen direct waar ze de print opkomen

177 EMC PCB design, software EMC in de ontwikkelfase Basisregels voor het verbeteren van het EMC gedrag d.m.v. software: Immuniteit: Anti-dender van ingangssignalen Hoe check sums bij om geheugen corruptie te detecteren Controleer bij reset op EMC reset Emissie: Schakel uitgangen na elkaar Maak gebruik van spread spectrum technieken Maak gebruik van zo laag mogelijke keyboard scan rates

178 Kosten van EMC fouten Pre- compliance testen Full compliance testen EMC in de ontwikkelfase Kosten t.b.v. EMC Ontwerp fase proto fase Nul serie Productie fase 2-4 % Tijd

179 Hoe kan DARE!! u helpen? EMC in de ontwikkelfase Opleidingen - Regelgeving en normen - PCB ontwerp - Aarding en afscherming - Automotive design s - Electrische veiligheid Advies - Systeem- ontwerp - Schema- beoordeling - Layout- beoordeling

180 Hoe kan DARE!! u helpen? EMC in de ontwikkelfase Onderzoeksmetingen - Rent a lab - Quick scan metingen - Geaccrediteerde metingen en certificeringen Lab inrichting - EMC apparatuur - EMC (automatiserings) software - EMC project mangement Kalibratie - Geaccrediteerde kalibraties van DC tot 40 GHz

181 Rent a lab --- ( --- EMC in de ontwikkelfase a

182 Any questions??

183

184 Conducted emissie

185 Conducted emissie T.g.v. ladingopslag in de diode, zal deze kortstondig negatief geleiden.

186 Conventioneel uitgangsfilter Spanningsvormen door gelijk richten veroorzaken common modestoringen!

187 Verbeterd uitgangsfilter De spoel in de nul geleider zorgt ervoor dat de spanningsvormen sinusvormig blijven.

188 Ground coupling Stel: C = 15 pf dv dt I = = 20V ms C dv dt I = 0,3 ma

189 Transformator resonantie M.b.v een snubber kan de ringing worden beperkt.

190 Frequentie versus tijdsdomein Sinusvorm Tijdsdomein (Scoopbeeld) Geen sinus maar periodiek Naaldpuls Eenmalige puls Frequentiedomein (spectrum analyzerbeeld)

191 Gevolgen van snelle stijgtijd pulsebreedte r rijstijd f down tijd T periode tijd Frequentie

192 RC-snubber pulsebreedte r rijstijd f down tijd T periode tijd De stijgtijd moet geminimaliseerd worden om vermogensverlies tegen te gaan.

193

194 Voorbeeld 1 Storingen aan PT100 temperatuuropnemer In een chemische fabriek wordt de temperatuur van een ketel door middel van een viertal PT100 elementen gemeten. Aan de bovenzijde van de ketel staan een 6-tal gasbranders opgesteld om het product te verwarmen. Een besturings-plc wordt gebruikt om de temperatuur van het product te meten (via de PT100's) en de branders te sturen, zodat het product op een constante temperatuur gehouden kan worden.

195 Voorbeeld 1 De opstelling PLC-kast Branders Ketel PT100 elementen

196 Voorbeeld 1 - Klachtomschrijving Gezien de inhoud van de ketel en de warmte capaciteit van ketel en product kan de temperatuur nooit sneller afnemen dan 2ºC per 5 minuten. De print-outs van het PLC-systeem geven soms echter temperatuurdalingen van 5 tot 10ºC per 5 minuten aan. Aangezien dit praktisch onmogelijk is, wordt hier gedacht aan externe welke de PT100 signalen verstoren.

197 Voorbeeld 1 Lokaliseren bron Uitgevoerde metingen Mains analyse (50Hz - 2kHz) Stroommetingen op PT100 kabels (2kHz - 30MHz) Magnetische veldmeting (10 KHz - 30 MHz) Elektrische veldmeting ( MHz)

198 Voorbeeld 1 - Conclusies De common mode stromen gemeten op de PT100 kabels blijken ook afkomstig van de elektronische ontstekers. Alhoewel de PT100 kabels afgeschermd zijn, zal t.g.v. een slechte afmontage van het scherm toch een grote inkoppeling op de binnenaders plaatsvinden (hoge transferimpedantie).

199 Voorbeeld 1 - Oplossingen 1. Afschermen van de bobinekabels. 2. Verplaatsen van de hoogspanningsunit tot vlakbij de branders. 3. Beter afmonteren van de afgeschermde PT100 kabels.

200 Voorbeeld 2 EMC-problemen bij een EMC-testopstelling In een kooi van Faraday wordt een bepaalde EMC-meting verricht. In een aangrenzende kooi staat de meetapparatuur opgesteld. De benodigde verbindingen worden via een interfacepaneel gerealiseerd. De meetapparatuur is in staat om zeer lage spanningsniveaus te lokaliseren.

201 Voorbeeld 2 De opstelling Turntable Antenna Spectrum analyser

202 Voorbeeld 2 - Klachtomschrijving Bij het leunen tegen een wand in de kooi van Faraday waar de meetapparatuur staat opgesteld of bij aanraking van de wand respectievelijk slaan op de wand geeft een verstoring van de meetresultaten ( spikes ). Het op elkaar slaan van twee schroevendraaiers veroorzaakte gelijkwaardige spikes.

203 Voorbeeld 2 Lokaliseren bron In eerste instantie werd er vanuit gegaan dat de beweging in de ruimte met meetapparatuur een mechanische beweging in de meetruimte veroorzaakte. Hierbij werd gedacht aan: slechte elektra aansluitingen (vonkvorming) loszittende mechanische delen van de kooi van Faraday Er werden geen verontrustende zaken gevonden en derhalve konden er ook geen verbeteringen gerealiseerd worden.

204 Voorbeeld 2 Lokaliseren bron Gedurende een meting veroorzaakte een elektrostatische ontlading in de meetruimte ook een spike. Met behulp van een -generator werden vervolgens elektrostatische ontladingen op de kooiwand geïnjecteerd. Dit had dezelfde soort beïnvloeding tot gevolg. Er werden slechts ontladingen van 500 V aangeboden. -ontladingen onder de 3 kv worden door mensen niet eens waargenomen.

205 Voorbeeld 2 - Oorzaak De gevoeligheid van het meetsysteem is => Het stoorsignaal van de is 500 V => 0dBmV 174 dbmv 20 log (500/1.10-6). 174 db verschil

206 Voorbeeld 2 - Oorzaak De wordt nu via de wand ingekoppeld op de afscherming van de kabel van het interfacepaneel naar het meetsysteem. Zoals berekend zou deze een demping van 173 db moeten hebben. Dit is niet het geval: de kabel dempt ongeveer db. De gevoeligheid van het meetsysteem draagt ook bij aan dit probleem.

207 Voorbeeld 2 - Oplossingen 1. Terugbrengen van de gevoeligheid van het meetsysteem 2. Verhogen van de luchtvochtigheid ( 60%) 3. Kabel toepassen met grotere demping 4. Het plaatsen van ferrieten om de kabel

208 Voorbeeld 3 -problemen aan automatische testbank Voor het testen van printen aan het einde van een productiestraat wordt gebruik gemaakt van een pc met I/O-kaarten en een testblok waarin de te testen printen gestoken moeten worden. De I/O-boards bevinden zich deels in de pc en deels (via een flat cable) buiten de pc.

209 Voorbeeld 3 De opstelling Test jig I/O-board Analog line Flat cable

210 Voorbeeld 3 - Klachtomschrijving Zeer regelmatig hangt de besturingscomputer. Tevens komt het regelmatig voor dat de pc volledig reboot.

211 Voorbeeld 3 - Onderzoek Bestudering van de tekeningen en de installatie zelf laten zien dat de I/O-boards voor alle digitale I/O-signalen optische isolatoren gebruiken. De opto-couplers bevinden zich echter vanwege ruimtegebrek op de printen buiten de pc. De I/O-boards zijn via een 1m lange flat cable met de pc verbonden. De analoge signalen blijken totaal niet galvanisch gescheiden te worden en lopen vanaf het testblok direct de pc in.

212 Voorbeeld 3 - Metingen Met behulp van een -generator zijn ontladingen op het frame van de tafel uitgevoerd. Met behulp van een Verticaal Coupling Plane (V.C.P.) is de gevoeligheid voor inkoppeling op de flat cable getest.

213 Voorbeeld 3 - Meetresultaten -ontladingen op het tafelframe veroorzaken reboots van de pc bij waarden van ± 1 kv. -ontladingen via het V.C.P. in de buurt van de flat cable veroorzaken reboots bij een niveau van ± 500 V!!!

214 Voorbeeld 3 - Conclusies De totale installatie is zeer gevoelig voor -ontladingen. Galvanische scheiding heeft alleen zin als alle I/O gescheiden wordt (ook analoge kanalen!). Ook opto-couplers hebben capacitieve overspraak (± 0,5 pf per overgang => bij 24 I/O lijnen dus ± 12 pf). De schone kant van de opto-couplers loopt ± 1m over een flat cable en is dus een prachtige antenne.

215 Voorbeeld 3 - Oplossingen De flat cable moet vervangen worden door een flat cable met afscherming. De kabel tussen het testblok en de digitale I/O-kaart moet voorzien worden van ferrietkralen. De kabel tussen het testblok en de analoge I/O-kaart moet voorzien worden van ferrietkralen. De pc, kast met I/O-kaarten en het testblok moeten m.b.v. een brede metalen strip met elkaar verbonden worden.

216 Voorbeeld 4 EMC-probleem t.g.v. elektrostatisch luchtfilter Een luchtverversingssysteem maakt gebruik van een stoffilterunit om rookdeeltjes uit de lucht te verwijderen. In hetzelfde gebouw wordt een RS 232-verbinding gebruikt tussen twee pc s.

217 Voorbeeld 4 De opstelling RS 232

218 Voorbeeld 4 - Klachtomschrijving Regelmatig blijkt een van de computers te hangen en/of te resetten. Het vermoeden bestaat dat het stoffilter de bron van de storingen is.

219 Voorbeeld 4 - Metingen HF-veldsterktemeting Common mode stroommeting op RS 232-kabel

220 Voorbeeld 4 - Onderzoek Het stoffilter blijkt te werken met een aantal roosters waartussen een spanningsverschil van ~ 30 kv staat. Stofdeeltjes welke tussen de roosters worden doorgeblazen, zullen door de roosters aangetrokken worden. Als er echter te grote stofdeeltjes door het filter geblazen worden, bestaat de kans dat er doorslag tussen de roosters plaatsvindt.

221 Voorbeeld 4 - Conclusies Uit de metingen blijkt dat er tijdens de doorslag in het filter sterke HF-velden worden opgewekt. Het stoorfenomeen is te vergelijken met -ontladingen van 30 kv. De RS 232-kabel pikt de HF-velden op.

222 Voorbeeld 4 - Oplossingen Afschermen van het gehele luchtfilter (en het filteren van de 220 V voedingsspanning). Afschermen van de RS 232-lijn. Vervangen van de RS 232 door een fiber optic verbinding.

223 Voorbeeld 5 Storingen aan bedieningspaneel Een volledig geautomatiseerd meetsysteem wordt gestuurd vanuit een pc. De software is in staat om een volledig meetproces te volgen. Tevens bestaat de mogelijkheid om het proces te beïnvloeden. Dit besturingspaneel geeft tevens een aantal indicaties weer.

224 Voorbeeld 5 De opstelling Besturingspaneel Bureautafel Parallelle interfacekabel (afgeschermd)

225 Voorbeeld 5 - Klachtomschrijving Het automatische meetsysteem werkte naar behoren, echter op willekeurige dagen kwam de indicatie van het besturingspaneel voor wat betreft de stand van het proces, niet meer overeen met de werkelijkheid. Het was zelfs zo dat de indicatie (LED-display) aan het knipperen was en een complete randominformatie weergaf. Het automatische meetsysteem werd door meerdere mensen gebruikt (circa 5 personen), slechts 2 mensen hadden deze fout geconstateerd.

226 Voorbeeld 5 - Klachtomschrijving Het zwaartepunt werd in eerste instantie gelegd op de software die verantwoordelijk is voor de aansluiting voor de aansturing van de systemen maar ook voor de indicatie op het controlepaneel. Tijdens dit onderzoek kwam naar voren dat er vrij veel elektrostatische ontladingen waren in de ruimte waar de besturingscomputer stond.

227 Voorbeeld 5 - Klachtomschrijving De volgende stap was om met behulp van een -generator elektrostatische ontladingen op te wekken, met als doel het eerder geconstateerde probleem te simuleren. Na onderzoek bleek dat bij de luchtontladingen van 3 kv op de bevestigingsschroefjes van het bedieningspaneel dezelfde fout naar voren kwam. Hetzelfde gebeurde bij luchtontladingen op het metalen frame van de bureautafel.

228 Voorbeeld 5 - Klachtomschrijvingen De enige manier om de indicatie weer te laten functioneren, is de pc te re-booten De aansturing van de indicatoren op het besturingspaneel wordt verzorgd door een aantal IC's op het I/O-board in de pc. Komt er nu een elektrostatische ontlading dan wordt het controleregister gereset. Dit controleregister bepaalt welke poort als input of output gezien moet worden.

229 Voorbeeld 5 - Klachtomschrijving De -ontlading beïnvloedt direct de elektronica in het besturingspaneel. Het HF-veld, opgewekt door de ontlading, wordt door de kabel opgepikt en de besturingscomputer ingeleid en beïnvloed dan het I/O-board.

230 Voorbeeld 5 - Conclusie De defaultwaarde van dit controleregister was niet in overeenstemming met de waarde voor de correcte weergave van de indicatoren vandaar de randominformatie. Het feit dat er veel elektrostatische ontladingen plaatsvonden, was te wijten aan de relatieve lage vochtigheid -< ± 30%.

231 Voorbeeld 6 De opstelling Een schakelende voeding wordt gebruikt voor het aansturen van een Ohmse belasting. De voeding en belasting zijn op enige centimeters vanaf elkaar opgesteld. Fase Nul Aarde Voeding Filter Logica + 12V Belasting

232 Voorbeeld 6 - Klachtomschrijving Op een aantal locaties blijkt de netspannings- zekering van de schakelende voeding er zeer regelmatig uit te vliegen. Als de zekering vervangen wordt, blijkt de voeding weer zonder problemen te werken.

233 Voorbeeld 6 - Klachtomschrijving De leverancier Volgens de leverancier van de zal het regelcircuit van de voeding op tilt gaan door een (EMC-)storing van buitenaf, waardoor de voeding een veel te hoge piekstroom trekt en de zekering defect gaat. De voedingsunit blijkt ongevoelig te zijn voor HF-velden tot 20 V/m. EFT-storingen tot 4 kv en -ontladingen tot 15 kv. Bij de surgetesten blijkt de zekering defect te raken bij een surgespanning van 3 kv.

234 Voorbeeld 6 - Oplossingen Oplossingen?

235 Voorbeeld 7 Storingen aan motorsturing Een drie fasen motorbesturing wordt gebruikt om een motor aan te sturen. Deze motor is voorzien van pulse-encoders die benodigd zijn voor de positiebepaling. De motorbesturing is opgebouwd rond een microprocessor die voor een nauwkeurige acceleratie, snelheidsregeling en de-acceleratie kan zorgen.

236 Voorbeeld 7 De opstelling Fase Nul Aarde Motorbesturing µ Motor 3 fasen 2 pulsgever signalen

237 Voorbeeld 7 - Klachtomschrijving T.g.v. het genereren van EFT-signalen op zowel de fase als de nul, komt het besturingsproces in een foutconditie met als gevolg dat de motorbeweging wordt onderbroken.

238 Voorbeeld 7 - Metingen Met behulp van een EFT-generator zijn snelle transients op de mains - kabels gezet. Meetresultaten De motorbesturing kwam in een foutconditie zodra er EFT's van ca. 400 V werden aangeboden. Plaatsing van een netfilter bracht geen noemenswaardige verbetering. Er traden steeds andere fouten op, zelfs re-boots van de processor.

239 Voorbeeld 7 - Onderzoek Bestudering van de tekeningen en de componentenopstelling laten zien dat voor alle I/O-signalen optische isolatoren gebruikt worden. De opbouw ziet er als volgt uit: 230 VAC Trafo I/O Trafo processor Trafo Driver Motor Pulsgevers

240 Voorbeeld 7 - Onderzoek Bij verdere bestudering kwam aan het licht dat de voeding van de pulsgevers direct van dezelfde voeding kwam als die van de processor en dat de pulsgeversignalen rechtstreeks de processor ingaan. Vervolgens werden de metingen herhaald met respectievelijk: 1. alleen de pulsgever aangesloten 2. alleen de drie fasen van de motor aangesloten.

241 Voorbeeld 7 - Onderzoek Het resultaat was dat bij: 1. EFT-transients van 400 V nog steeds beïnvloeding veroorzaakten. 2. EFT-transients van 1200 V beïnvloeding veroorzaakten.

242 Voorbeeld 7 - Oplossingen De voeding voor pulsgevers van de motor dient niet dezelfde te zijn als bij de voeding voor de processor. De pulsgeversignalen dienen door middel van opto-couplers op de processor aangesloten te worden. De capacitieve koppeling tussen het amplifiergedeelte en de rest van de motorbesturing verkleinen door het toepassen van opto-couplers met een zo laag mogelijke capacitieve koppeling.

243 Voorbeeld 8 Storingen aan inbraakalarmcentrale Een inbraakalarmcentrale is voorzien van een los bedieningspaneel welke bij de ingang wordt opgehangen voor het invoeren van de code. De centrale zelf is 230 V gevoed en voorzien van een telefoonkiezer om de inbraakmeldingen door te bellen.

244 Voorbeeld 8 De opstelling Fase Nul Aarde Trafo Telefoonlijn Alarmingangen Processorboard Telefoonkiezer

245 Voorbeeld 8 - Klachtomschrijving De alarmcentrale geeft regelmatig valse alarmmeldingen. Het komt hierbij regelmatig voor dat er meldingen van groepen komen welke niet zijn aangesloten. Om deze reden wordt de oorzaak gezocht in EMC-problemen (en niet in slechte opnemers). Door de leverancier zijn reeds filters gemonteerd op alle I/O-lijnen van het bord, echter zonder resultaat.

246 Voorbeeld 8 - Onderzoek De door de leverancier geplaatste filters zijn direct op de aansluitingen van de print gemonteerd. De print is slechts via 1 metalen afstandsbus aan de kast geaard. De randaarde is op het punt waar de spanning de kast binnenkomt, met de kast verbonden.

247 Voorbeeld 8 - Metingen EFT-testen op de I/O-kabels (capacitief gekoppeld). EFT-testen op de netspanning. -testen op de kast van de centrale en op het bedieningspaneel. Surgetesten op de 230 V voeding.

248 Voorbeeld 8 - Meetresultaten EFT-bursts van 500 V op de I/O-kabels veroorzaken valse alarmmeldingen zoals in de praktijk voorkomen. EFT-bursts op de netspanning veroorzaken bij 750 V valse alarmmeldingen. De -testen veroorzaken geen valse alarmmeldingen. Ook de surgetesten veroorzaken geen valse alarmen.

249 Voorbeeld 8 - Conclusies De EFT-signalen (met hun brede frequentiespectrum) zullen weliswaar door de filters op het I/O-bord worden onderdrukt, maar de stroompuls zal via de nul over het gehele bord naar de metalen afstandsbus lopen om naar aarde af te vloeien.

250 Voorbeeld 8 - Conclusies De stroompiek door de nulsporen zal twee effecten teweegbrengen: 1. Spanningsverschil tussen aardpunten op het P.C.B. (t.g.v. de inductie van de printsporen). 2. Inkoppeling op andere printsporen (vanaf de nulsporen).

251 Voorbeeld 8 - Oplossingen 1. Verplaatsen van de filters vanaf het PCB naar de plaats waar de kabels de kast inkomen. 2. Alle afstandsbussen van metaal maken. 3. Multilayer print met ground plane gebruiken en ground plane via metalen afstandsbussen aan kast verbinden.

252 Voorbeeld 8 Oplossing 1 Voordelen: Eenvoudig te realiseren Goede resultaten haalbaar Nadelen: Extra filter boards benodigd

253 Voorbeeld 8 Oplossing 2 Voordelen: Eenvoudig te realiseren Nadelen: Effectiviteit beperkt en afhankelijk van PCB-ontwerp

254 Voorbeeld 8 Oplossing 3 Voordelen: Zeer effectief PCB-board is intrinsiek EMC-robuust Nadelen: Duur