EMV Immissionen - die wichtigsten Störquellen und deren ... - Schurter

Teseq – EMV Fachtagung Zürich 2010
Orlando Holenstein
Product Manager Conducted

Produkt-Portfolio von Teseq
Automotive
Transienten
ESD bis 30kV
Burst bis 8kV
Surge bis 6.6kV
RF Verstärker
Software
RF Antennen und GTEM-Zellen
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Der Weg zum CE-Zeichen
Die anzuwendenden Direktiven müssen gelesen, verstanden, angewandt
und eingehalten werden
EMV-Direktive EMV-Direktive
Niederspannungs-Direktive
Maschinen-Direktive
R&TTE-Direktive (radio and telecommunication terminal
equipment)
Spielzeug-Direktive
Diese sind produktabhängig
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Direktiven und die
relevanten Normen
EMV-Direktive
- Produkt Norm EN 55014-1: Störaussendung
- Produkt Norm EN 55014-2: Störfestigkeit
Niederspannungs-Direktive
- EN 61010
Produkte Norm EN 55014-2 Immunität von Haushaltsgeräten
ESD IEC / EN 61000-4-2
HF gestrahlt IEC / EN 61000-4-3
EFT (Burst) IEC / EN 61000-4-4
CWS (Surge) IEC / EN 61000-4-5
HF leitungsgebunden IEC / EN 61000-4-6
PQT (Netzausfall) IEC / EN 61000-4-11
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ESD – Das Phänomen
Durch den triboelektrischen Effekt
lädt sich der menschliche Körper
auf, welcher sich wie ein
Kondensator verhält
Durch die höhere Spannung des menschlichen
Körpers wird durch Berühren von
leitenden Gegenständen einen Potenzial-
Ausgleich geschaffen
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Lat. tribere = reiben. Der Effekt
beschreibt die elektrische Aufladung
zweier Materialien durch
Kontakt miteinander
Dabei fliest Strom und es entstehen E- und
H-Felder

ESD – Das Phänomen
die „Zweitentladung“
Menschen/Gegenstände können sich bis zu 20kV aufladen
Entladeströme im ns-Bereich mit Spitzen bis zu 100A sind möglich
Insbesondere elektronische Schaltkreise können durch induzierte Pulse
(Zweitentladung) wie auf richtige Signale reagieren → Störung!
Erstentladung
auf Gehäuse
Externe
Zuleitungen
Zweitentladung
auf Board
Spannungserhöhung möglich, da das Impedanzverhalten
von Gehäusekonstruktion stark von
der Erdverbindung abhängt
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ESD-Ersatzschaltbild und
Pulsformdefinition
ESD ist ein breitbandiges Phänomen mit Frequenzanteilen bis in den Multi-GHz-Bereich
ESD ist meistens nicht destruktiv, aber kann Schäden erzeugen, die nicht sofort ersichtlich
sind und erst zu einem späteren Zeitpunkt zu Fehlfunktionen führen.
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ESD Testaufbau

ESD – ein sehr aufwändiger
Prüfprozess!
Es müssen alle metallische sowie berührbare Teile mit „Contact
discharge„ und „Air discharge“ Methode „beschossen“ werden
Mindestens 20 oder 100 Pulse
Beide Polaritäten
Niedere Levels müssen auch getestet werden
In jedem repräsentativen EUT-Betriebszustand und Setup (Zubehör)
Nicht leitende Teile müssen auf Isolation (Air discharge) getestet
werden
Indirekte Entladung (HCP/VCP) falls EUT in Kunststoff-Gehäuse
Höhere Levels testen macht zur Ermittelung des effektiven Störlevels
Sinn
In der Fahrzeugindustrie muss sogar jeder Stecker-Pin getestet werden
(robotergesteuerte Anlagen für bis >150 Pole)
→ Ausführliche ESD-Tests dauern in der Regel ca. 1 Tag
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Roboterapplikation für
langwierige ESD-Prüfungen
Nahe zu 100% Reproduzierbarkeit dank exakter Positionierung und gleichbleibender
Annäherungsgeschwindigkeit des Roboters
Ersetzt manuelle Langzeit-Testprozeduren mit mehr oder weniger fraglichem Resultat;
auch wenn hochqualifiziertes Personal diese Tests durchführt
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ESD Tatsachen
• Anwendung des aktuellen ESD-
Standards lässt gute Resultate
erwarten
• Es sind uns keine Rückmeldungen von
Problemen durch statische
Entladungen im Betrieb bekannt,
sofern die ESD-Prüfung zuvor OK war
• Grund: Normierte Testmethode ist
wesentlich strenger als das wirkliche
ESD-Phänomen
• Jedoch – für einige EUT‘s ist die
Reproduzierbarkeit der Tests sehr
schlecht
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Schlechte Reproduzierbarkeit – Wieso?
Test-Aufbau und Prüfprozess werden nicht immer sorgfältig beachtet
In einigen Fällen wird nur der Generator in Frage gestellt
Nur ganz spezielle Prüflinge betroffen (

Neue Norm – IEC 61000-4-2: Ed.2, 2008
Neue Norm wurde im Dezember 2008 publiziert
Hauptziel – bessere Reproduzierbarkeit
Neuer Kalibrier-Prozess: Messtarget – Oszilloskop mit BW >2GHz
Annex D: Information über Effekte von Feldern
Annex E: Kalibrierunsicherheit
Annex F: Konformitätsaussage im Fall von Differenzen bei Testresultaten
Aktuelle Generatoren gemäss IEC 61000-4-2: Ed 1, 1995 werden
weiterhin verwendbar sein
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EFT/Burst – IEC/EN 61000-4-4
Schalter
geschlossen
Schalter wird geöffnet:
Überschläge werden generiert
während die Spannung nicht
gehalten werden kann
Schalter offen
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IEC/EN 61000-4-4 Ed.2
Schnelle Transienten / Burst immunitätstest
Burst ist ein breitbandiges Phänomen mit
Frequenz-Anteilen bis in den 100 MHz-Bereich
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Burst Testaufbau

Burst Test in der Praxis
Demo am Prüfling unter Laborbedingungen
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Wissenswertes über Burst Pulse
Burst Pulse sind breitbandige Störer – Frequenzinhalte bis >einige 100MHz
Burst Pulse gehören zu den Störungen, die in der Praxis am häufigsten
auftreten
Störeffekt ist meistens nicht destruktiv
Störung wird „leitungsgebunden“ eingekoppelt.
Hat aber auch einen relativ hohen Anteil an
Abstrahlung.
Darum wird oft auch die Einkopplung via
kapazitive Koppelzange beschrieben
Burst-Tests gewährleisten, dass alle Ein- und Ausgänge der Geräte
bezüglich HF geschützt sind
Falls die HF-Schirmung des Gehäuses schlecht ist, merkt man dies generell
während des Burst-Tests
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Stoss-Spannungen – SURGE – IEC 61000-4-5
Hochenergie-Pulse → Sekundäreffekte durch Blitze oder Schaltvorgänge im
Netz (grosse Lasten, z.B. Kondensator-Bänke)
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Blitz und Donnerwetter

Der genormter Surge Puls
Surge-Pulse sind niederfrequente,
energiereiche Störer
Frequenzinhalte gehen
bis ca. 100kHz
Pulsamplitude bis mehrere kV
Der Störeffekt ist oft destruktiv
Genormt sind Strom- und
Spannungskurve
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Der Surge-Test
Unterschiedliche Koppelarten
Phasenlagen Rampen
Amplituden Rampen
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Surge Test in der Praxis
Demo am Testplatz
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Spannungsausfall &
Variation IEC 61000-4-11
t
Spannungsabfall
40% U – 10/12 Perioden
70% U – 25/30 Perioden
80% U – 250/300 Perioden
(wird in der Regel für
Industriegüter verwendet)
t
Spannungsunterbruch
0% U – 0,5 und 1 Periode
(je nach Anforderung)
0% U – 250/300 Perioden
td ts tr
t
Spannungsvariation
(nur für spez. Produkte)
t d = abrupt (1µs-5µs)
t s = 1 cycle
t i = 25/30 cycle
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Bewertungskriterium
Test Spezifikation – Beispiel
Standard
Level
Bewertungskriterium
Ergebnis
EN 55014-2
PASS
EN 61000-4-2:2001
Air 4kV/Contact 8kV
B
PASS
EN 61000-4-4:2004
Mains 2kV
Data 1kV
B
PASS
EN 61000-4-5:2005
Mains sym 1kV
asym 2kV
Data 1kV
B
PASS
EN 61000-4-11:2005
0% -10ms (50Hz)
40% -200ms (50Hz)
70% -500ms (50Hz)
(80% -5000ms (50Hz))
0% -5sec (50Hz)
B
C
C
C
C
PASS
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Klasse A: Keine Funktionsbeeinträchtigung während der Prüfung
Klasse B: Funktionsbeeinträchtigung erlaubt. Nach der Prüfung selbst
wieder herstellbar
Klasse C: Zeitweiliger Funktionsausfall. Wieder herstellbar durch
Bedienereingriff

EMV als entwicklungsbegleitendes
Tool
Je später getestet wird – je teuerer kann es werden …
Bauteile Qualifikation
- Gehäuse
- Displays
- Netzteile
- Stecker
Lösungs-Qualifikation
- Geschirmte Leitungen
- LWL
- Front und Bedienungskonzept (Folientastatur etc.)
- Layout (Multilayer mit Ground etc.)
Zwischenabnahme Prototyp
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Immunitäts-Anforderungen – z.B.
Haushaltsprodukte
Test-Anforderungen für Haushaltsgeräte, elektrische Werkzeuge und
ähnliche Ausrüstungen gemäss EN 55014-2
Wichtigste EMV-Prüfungen
Mögliche Geräte
• IEC / EN 61000-4-2 Elektrostatische Ladung NSG 435
• IEC / EN 61000-4-3 Gestrahlte HF-Immunität Diverse
• IEC / EN 61000-4-4 Schnelle Transienten (EFT) NSG 3040
• IEC / EN 61000-4-5 Hochenergie Pulse (Surge) NSG 3040
• IEC / EN 61000-4-6 Geleitete HF-Immunität NSG 4070
• IEC / EN 61000-4-11 Spannungsvariationen NSG 3040
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Wirtschaftlich EMV testen – Womit?
Kombigenerator + ESD Simulator: Ab 35k CHF
Je später getestet wird – je teuerer wird es …
Über 60% der Zertifizierungstests machbar
Bauteile/Baugruppen Qualifikation
Entwicklungsbegeleitende Tests möglich
Optimierungstests und Messungen möglich
Prüfling so vorgetestet, dass die RF-Abnahme
beim Dienstleister mit grosser Wahrscheinlichkeit
beim ersten Mal klappt
Einsparung von Zeit und Kosten, da keine
weiteren Termine beim Dienstleister nötig sind
Vorgeprüfte Produkte (CE-Zeichen!) sind
schneller am Markt
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
www.teseq.com
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