fachtvortrag teseq d.pdf - Schurter

TESEQ – EMV Tagung Zürich 2009
Eric Dudenhoeffer
Engineering Manager
Mitglied von TC 77B/ MT12

Einführung
Aus
wurde
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Produkt-Portfolio
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 eingehalten werden
• EMV Direktive
• Low-voltage Direktive
• Maschinen Direktive
• RTTE Direktive
• Spielzeug Direktive
Diese sind produktabhängig
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Beispiel: Kaffee-Maschine
EMV Direktive
- Produkt Norm EN 55014-1: Störaussendung
- Produkt Norm EN 55014-2: Störfestigkeit
Low-voltage Direktive
- EN 61010
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Immunität von Haushaltsgeräten
Produkte Norm EN 55014-2
• 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
Menschen / Gegenstände können sich aufladen bis zu 10kV oder 20kV
Entladeströme im ns-Bereich mit Spitzung bis zu 100A sind möglich
Insbesondere elektronische Schaltkreise können durch induzierte Pulse wie
auf richtige Signale reagieren → Störung!
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ESD-Ersatzschaltbild und Pulsformdefinition
ESD ist ein breitbandiges
Phänomen mit Frequenzanteilen
bis in den Multi-
GHz-Bereich
ESD erzeugt zudem HF-
Felder (E-/H-Felder)
ESD ist meistens nicht
destruktiv, aber kann
Schäden erzeugen, die
nicht sofort ersichtlich
sind und erst zu einem
späteren Zeitpunt zu
Fehlfunktion führt
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ESD Testaufbau

ESD – ein sehr aufwändiger Prüfprozess!
Es müssen alle metallischen, berührbare Teile „beschossen“ werden mit
„Contact discharge„ und „Air discharge“ Methode
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 Sinn zum Ermitteln des effektiven Störlevels
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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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
40% -200ms
70% -500ms
0% -5sec
B
C
C
C
PASS
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
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ESD Test in der Praxis
Praktischer ESD TEST am Prüfling
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Test Report
Beispiel von einem Testreport
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ESD Tatsachen
Anwendung des aktuellen ESD-
Standards lässt gute Resultate
erwarten
Es sind uns keine Rückmeldungen
bekannt von Problemen durch statische
Entladungen im Betrieb, 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: Edition 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
EFT / Bursts
IEC / EN 61000-4-4
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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
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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
Burst-Tests gewährleisten, dass alle Geräteein-/ausgänge bezüglich HF
geschützt sind
Falls die HF-Schirmung des Gehäuses schlecht ist, merkt man dies generell
während des Burst-Tests
Prüfaufbau und Ausrüstung sind relative günstig (< CHF 16k)
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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

Genormter Surge Puls
Surge-Pulse sind niederfrequente,
energiereiche Störer
Frequenzinhalte gehen bis ca
100kHz
Pulsamplitude bis mehrere kV
Der Störeffekt ist oft destruktiv
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Surge Testaufbau
Amplituden Rampen
Phasenlagen Rampen
Unterschiedliche
Koppelarten
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Surge Test in der Praxis
Demo am Testplatz
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Spannungsvariation & -Ausfall IEC 61000-4-11
t
Spannungsabfall
70% U – 20 Halbwellen
40% U – 50 Halbwellen
Spannungsunterbruch
0% U (Start bei 0°)
0.5 Halbwellen
t
Spannungsvariation
(nur für spez. Produkte)
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Netzausfall Test in der Praxis
Demo am Prüfling
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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. Haushalt-Produkte
Test-Anforderungen für Haushaltgeräte, 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
- Ueber 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 1. Mal klappt
- Einsparung von Zeit und Kosten, da keine
weiteren Termine beim Dienstleister nötig
- Vorgeprüfte Produkte (CE-Zeichen!) sind
schneller am Markt
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
www.teseq.com
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