EMC Storingzoektechniek en Probleemoplossing Elektromagnetisc he l Compatibiliteit

EMC - Storingzoektechniek en Probleemoplossing Elektromagnetisc he l Compatibiliteit: l l De problematiek van het veroorzaken van storing en van het gestoord worden. ir. W. J. Vogel wvogel@iae. nl wvogel @ iae. nl

Wanneer ontstaat storing? Als er een stoorbron aanwezig is. l Als er een storingsgevoelig apparaat (printpaneel in apparaat) aanwezig is. l Als er een koppelweg aanwezig is. l l [ BRON => KOPPELWEG => APPARAAT ] wvogel @ iae. nl 2

Uitingsvormen van storing Degradatie van performance. l Uitvallen van functies. l Defect raken van componenten. l l Dit heeft consequenties voor de kwaliteit en de veiligheid van het produkt => Produktaansprakelijkheidswetgeving. wvogel @ iae. nl 3

Storing veroorzaken en. . . . Stoorbronnen kunnen een smalbandig (sinus) of een breedbandig (puls) karakter hebben. l Stoorbronnen kunnen binnen of buiten het frequentiegebied van het gestoorde apparaat storing veroorzaken. l Smalbandig: Breedbandig: Zenders, Oscillatoren. Vonkbruggen (Bougies), SMPS, Collectormotoren, Thermostaten, Frequentieregelaars, Dimmers. wvogel @ iae. nl 4

Gestoord worden. Binnen het frequentiegebied van het gestoorde apparaat meestal veroorzaakt door directe instraling. l Buiten het frequentiegebied meestal veroorzaakt door gelijkrichting (LFD = Laagfrequent Detectie). l De functie van een apparaat is gestoord als de output van het apparaat een grotere wijziging ondergaat dan die t. g. v. de eigen ruis van het apparaat zonder dat hiervoor een gewenst ingangssignaal wordt aangeboden. l wvogel @ iae. nl 5

Eenheden en Symbolen. l l l l l Elektrische lading Elektrische veldsterkte Elektrische spanning Capaciteit Magnetische fluxdichtheid Magnetische veldsterkte Elektrische stroomsterkte Zelfinductie Q E U C F B H I L wvogel @ iae. nl Coulomb V/m of N/C Volt of J/C Farad of C/V Wb of Vs Tesla of Wb/m 2 A/m of N/Wb Ampere Henry of Wb/A 6

Koppelwegen. Via gemeenschappelijke elektrische leidingen. l Directe instraling van buitenaf. l (E/H) = 120 p ( W ). l [ Verre veld, vlakke golf in vrije ruimte ]. l Capacitieve (E-veld) koppeling. l Inductieve (H-veld) koppeling. l Transmissielijn (E- + H-veld) koppeling. l wvogel @ iae. nl 7

Elektrisch Veld (1). Elektrische veldlijnen tussen twee geleiders met even grote, tegengestelde ladingen. wvogel @ iae. nl 8

Elektrisch Veld (2). Elektrische veldlijnen tussen de platen van een vlakke condensator (randeffecten niet meegerekend). wvogel @ iae. nl 9

Magnetisch Veld (1). Magnetische veldlijnen om een rechte stroomdraad. wvogel @ iae. nl 10

Magnetisch Veld (2). Magnetische veldlijnen van het veld opgewekt door een cirkelvormige stroomdraad. wvogel @ iae. nl 11

Magnetisch Veld (3). Magnetische veldlijnen van een stroomvoerende solenoide. wvogel @ iae. nl 12

Impedantie van e. m. velden. Vlakke golf in vrije ruimte: Impedantie = l (E/H) = 120 p ( W ) ( verre veld; r >> l ). l l Voor het nabije veld gelden andere regels ! Als (E/H) >> 120 p (W), dan is het veld hoogohmig. l Als (E/H) << 120 p (W), dan is het veld laagohmig. l wvogel @ iae. nl 13

Impedantie van e. m. velden. Als (E/H) >> 120 p (W), dan is het veld hoogohmig. l Als (E/H) << 120 p (W), dan is het veld laagohmig. l Hoogohmige velden vinden we bij schakelingen waarin hoge spanningen voorkomen. l Laagohmige velden vinden we bij schakelingen waarin grote stromen voorkomen. l Hoogohmig veld >> capacitieve koppeling. l Laagohmig veld >> inductieve koppeling. l wvogel @ iae. nl 14

Vermogen en veldsterkte. Vlakke golf in vrije ruimte: Impedantie = l (E/H) = 120 p ( W ). l Vermogen per m 2: S = E x H ( W per m 2 ). l Oppervlakte bol om rondstraler = 4 p r 2. l Hieruit volgt: l Voor dipoolstraler: l E = sqrt (30 P) / r. E = 7. sqrt (P) / r. wvogel @ iae. nl 15

Detectie van storingen. l Hulpmiddelen: l Signaalgenerator. E-veld probe. H-veld probe. Oscilloscoop. Spectrumanalyzer. Meetontvanger. l l l wvogel @ iae. nl 16

Reciprociteit. l Passieve probes zijn in twee richtingen te gebruiken: 1. Om signalen te detecteren. l 2. Om signalen te induceren. l l Aktieve probes zijn niet reciprook; deze zijn alleen als detector te gebruiken. wvogel @ iae. nl 17

Kenmerken van probes. Afmetingen zijn klein t. o. v. de golflengte van het signaal. l E-veld probe is hoogimpedant (korte sprietantenne). l H-veld probe is laagimpedant (kleine draadlus). l wvogel @ iae. nl 18

Wetten van Kirchhoff. Stromen naar een knooppunt: S i = 0. l Spanningen in een maas: S u = 0. l In werkelijkheid is: S u = - d. F / dt omdat de maas een eindige oppervlakte omvat. l Elektrisch veld opgewekt door een veranderend magnetisch veld; (a) d. F/dt positief, S u negatief, (b) d. F/dt negatief, S u positief. wvogel @ iae. nl 19

Storingzoektechniek (1). Plaats de print in een e. m. veld. l Zoek de frequenties waarbij de storing maximaal is. l Lokaliseer de storingsgevoelige of storing producerende plaatsen m. b. v. H-veld en E-veld probes. l wvogel @ iae. nl 20

Storingzoektechniek (2). Probeer de storing te minimaliseren door ontkoppel-C’s en dempweerstanden te gebruiken. l Onderzoek de loop van signaalpaden en retourwegen (aarde). l wvogel @ iae. nl 21

Storingzoektechniek (3). Parallelschakeling van condensatoren: NIET ALTIJD OK ! l Oorzaak: Zelfinductie van de leidingen (printsporen) tussen de condensatoren. l Betere oplossing: het opnemen van impedanties (ferrietkralen) in de voedingslijn als de signalen aan ground (GND) zijn gerefereerd. l wvogel @ iae. nl 22

Storingzoektechniek (4). l Probeer de storing te minimaliseren door de d. c. Instelling van halfgeleiders te optimaliseren (heeft ook consequenties voor bandbreedte, ruis en batterijverbruik). Diodekarakteristieken. ( 1 N 4148 ) wvogel @ iae. nl 23

Praktijkvoorbeeld 1. Lichtsensor voor buitenlamp geeft storing in middengolf radio-ontvangst. l Oorzaak: Verkeerde toepassing van het produkt. l Oplossing: Gloeilamp of ander type sensor voor spaarlamp gebruiken. l wvogel @ iae. nl 24

Praktijkvoorbeeld 2. Superheterodyne multiband wereldontvanger die veel last heeft van fluitjes op de middengolf. l Oorzaak: Fouten in printontwerp. l Oplossing: 4 componenten toevoegen. l wvogel @ iae. nl 25

Praktijkvoorbeeld 3. In een gerepareerde TV werkt teletext niet meer. l Oorzaak: Ander Hveldpatroon door niet originele lijntrafo. l Oplossing: Extra aarddraad monteren tussen bediening en teletext print. l wvogel @ iae. nl 26

Praktijkvoorbeeld 4. Printpaneel waarop regelmatig een IC defect raakt. l Oorzaak: Signaalweg en retourweg (aarde) omsluiten een groot oppervlak. l Oplossing: Extra aardverbindingen op de print aanbrengen. l wvogel @ iae. nl 27

Wat is de trend (1) ? l Frequentiegebied van EMC wordt groter ! Voorbeelden: GSM telefoons (900 MHz => 1800 MHz). l Magnetrons (2450 MHz). l l Hierdoor zijn extra investeringen nodig voor goede meetopstellingen. wvogel @ iae. nl 28

Wat is de trend (2) ? l Het stroomverbruik van halfgeleiders wordt kleiner; het aantal halfgeleiders in een schakeling wordt groter ! l Gevolg: De storingsgevoeligheid voor radiofrequente bronnen heeft de neiging slechter te worden ! wvogel @ iae. nl 29

Wat is de trend (3) ? l De afmetingen van schakelingen worden kleiner door miniaturisering, SMD techniek en integratie ! l Gevolg: De storingsgevoeligheid voor radiofrequente bronnen verschuift naar hogere frequenties ! wvogel @ iae. nl 30

Wat is de trend (4) ? l De schakeltijden van halfgeleiders worden korter ! l Voorbeeld: SMPS. l Gevolg: De storingsbronnen in de schakelingen geven meer energie op hogere frequenties ! wvogel @ iae. nl 31

Belangrijke gegevens l Voor verdere technische en andere vragen: – ir. W. J. Vogel – wvogel@iae. nl – Postbus 2139 – 5600 CC Eindhoven wvogel @ iae. nl 32