Slide 1

EMC - Storingzoektechniek
en Probleemoplossing

Elektromagnetische
Compatibiliteit:
De problematiek van
het veroorzaken van
storing en van het
gestoord worden.

ir. W.J. Vogel
[email protected]


Slide 2

Wanneer ontstaat storing?




Als er een stoorbron aanwezig is.
Als er een storingsgevoelig apparaat (printpaneel
in apparaat) aanwezig is.
Als er een koppelweg aanwezig is.



[ BRON => KOPPELWEG => APPARAAT ]



wvogel @ iae.nl

2


Slide 3

Uitingsvormen van storing





Degradatie van performance.
Uitvallen van functies.
Defect raken van componenten.
Dit heeft consequenties voor de kwaliteit en de
veiligheid van het produkt => Produktaansprakelijkheidswetgeving.

wvogel @ iae.nl

3


Slide 4

Storing veroorzaken en .......



Stoorbronnen kunnen een smalbandig (sinus) of
een breedbandig (puls) karakter hebben.
Stoorbronnen kunnen binnen of buiten het
frequentiegebied van het gestoorde apparaat
storing veroorzaken.
Smalbandig:
Breedbandig:

Zenders, Oscillatoren.
Vonkbruggen (Bougies), SMPS,
Collectormotoren, Thermostaten,
Frequentieregelaars, Dimmers.

wvogel @ iae.nl

4


Slide 5

Gestoord worden.





Binnen het frequentiegebied van het gestoorde
apparaat meestal veroorzaakt door directe
instraling.
Buiten het frequentiegebied meestal veroorzaakt
door gelijkrichting (LFD = Laagfrequent Detectie).
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.

wvogel @ iae.nl

5


Slide 6

Eenheden en Symbolen.


Elektrische lading
 Elektrische veldsterkte
 Elektrische spanning
 Capaciteit
 Magnetische flux
 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/m2
A/m of N/Wb
Ampere
Henry of Wb/A

6


Slide 7

Koppelwegen.





Via gemeenschappelijke elektrische leidingen.
Directe instraling van buitenaf.
(E/H) = 120 p ( W ).
[ Verre veld, vlakke golf in vrije ruimte ].



Capacitieve (E-veld) koppeling.
 Inductieve (H-veld) koppeling.
 Transmissielijn (E- + H-veld) koppeling.

wvogel @ iae.nl

7


Slide 8

Elektrisch Veld (1).
Elektrische veldlijnen
tussen twee geleiders
met even grote,
tegengestelde
ladingen.

wvogel @ iae.nl

8


Slide 9

Elektrisch Veld (2).
Elektrische veldlijnen tussen de platen
van een vlakke condensator (randeffecten
niet meegerekend).

wvogel @ iae.nl

9


Slide 10

Magnetisch Veld (1).
Magnetische
veldlijnen om
een rechte
stroomdraad.

wvogel @ iae.nl

10


Slide 11

Magnetisch Veld (2).

Magnetische veldlijnen van het veld opgewekt door een
cirkelvormige stroomdraad.
wvogel @ iae.nl

11


Slide 12

Magnetisch Veld (3).

Magnetische veldlijnen van een
stroomvoerende solenoide.
wvogel @ iae.nl

12


Slide 13

Impedantie van e.m. velden.



Vlakke golf in vrije ruimte: Impedantie =
(E/H) = 120 p ( W ) ( verre veld; r >> l ).



Voor het nabije veld gelden andere regels !



Als (E/H) >> 120 p (W), dan is het veld hoogohmig.
Als (E/H) << 120 p (W), dan is het veld laagohmig.



wvogel @ iae.nl

13


Slide 14

Impedantie van e.m. velden.








Als (E/H) >> 120 p (W), dan is het veld hoogohmig.
Als (E/H) << 120 p (W), dan is het veld laagohmig.
Hoogohmige velden vinden we bij schakelingen
waarin hoge spanningen voorkomen.
Laagohmige velden vinden we bij schakelingen
waarin grote stromen voorkomen.

Hoogohmig veld >> capacitieve koppeling.
Laagohmig veld >> inductieve koppeling.

wvogel @ iae.nl

14


Slide 15

Vermogen en veldsterkte.






Vlakke golf in vrije ruimte: Impedantie =
(E/H) = 120 p ( W ).
Vermogen per m2: S = E x H ( W per m2 ).
Oppervlakte bol om rondstraler = 4 p r2 .

Hieruit volgt:
 Voor dipoolstraler:

E = sqrt (30 P) / r .
E = 7 . sqrt (P) / r .

wvogel @ iae.nl

15


Slide 16

Detectie van storingen.


Hulpmiddelen:



Signaalgenerator.
 E-veld probe.
 H-veld probe.
 Oscilloscoop.
 Spectrumanalyzer.
 Meetontvanger.

wvogel @ iae.nl

16


Slide 17

Reciprociteit.


Passieve probes zijn in twee richtingen te
gebruiken:



1. Om signalen te detecteren.
2. Om signalen te induceren.




Aktieve probes zijn niet reciprook; deze zijn
alleen als detector te gebruiken.

wvogel @ iae.nl

17


Slide 18

Kenmerken van probes.






Afmetingen zijn klein
t.o.v. de golflengte van
het signaal.
E-veld probe is
hoogimpedant (korte
sprietantenne).
H-veld probe is
laagimpedant (kleine
draadlus).

wvogel @ iae.nl

18


Slide 19

Wetten van Kirchhoff.




Stromen naar een knooppunt: S i = 0 .
Spanningen in een maas: S u = 0 .
In werkelijkheid is: S u = - dF / dt omdat de
maas een eindige oppervlakte omvat.

Elektrisch veld opgewekt door een veranderend magnetisch veld;
(a) dF/dt positief, S u negatief, (b) dF/dt negatief, S u positief.
wvogel @ iae.nl

19


Slide 20

Storingzoektechniek (1).





Plaats de print in een
e.m. veld.
Zoek de frequenties
waarbij de storing
maximaal is.
Lokaliseer de
storingsgevoelige of
storing producerende
plaatsen m.b.v. H-veld
en E-veld probes.

wvogel @ iae.nl

20


Slide 21

Storingzoektechniek (2).




Probeer de storing te
minimaliseren door
ontkoppel-C’s en
dempweerstanden te
gebruiken.
Onderzoek de loop van
signaalpaden en
retourwegen (aarde).

wvogel @ iae.nl

21


Slide 22

Storingzoektechniek (3).


Parallelschakeling van condensatoren: NIET
ALTIJD OK !
 Oorzaak: Zelfinductie van de leidingen
(printsporen) tussen de condensatoren.
 Betere oplossing: het opnemen van impedanties
(ferrietkralen) in de voedingslijn als de signalen
aan ground (GND) zijn gerefereerd.

wvogel @ iae.nl

22


Slide 23

Storingzoektechniek (4).


Probeer de storing te
minimaliseren door de
d.c. Instelling van
halfgeleiders te
optimaliseren (heeft
ook consequenties
voor bandbreedte,
ruis en
batterijverbruik).

Diodekarakteristieken.
( 1N4148 )
wvogel @ iae.nl

23


Slide 24

Praktijkvoorbeeld 1.






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

24


Slide 25

Praktijkvoorbeeld 2.


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

25


Slide 26

Praktijkvoorbeeld 3.






In een gerepareerde
TV werkt teletext niet
meer.
Oorzaak: Ander Hveldpatroon door niet
originele lijntrafo.
Oplossing: Extra aarddraad monteren
tussen bediening en
teletext print.

wvogel @ iae.nl

26


Slide 27

Praktijkvoorbeeld 4.






Printpaneel waarop
regelmatig een IC
defect raakt.
Oorzaak: Signaalweg
en retourweg (aarde)
omsluiten een groot
oppervlak.
Oplossing: Extra aardverbindingen op de
print aanbrengen.

wvogel @ iae.nl

27


Slide 28

Wat is de trend (1) ?


Frequentiegebied van EMC wordt groter !
Voorbeelden:



GSM telefoons (900 MHz => 1800 MHz).
 Magnetrons (2450 MHz).


Hierdoor zijn extra investeringen nodig
voor goede meetopstellingen.
wvogel @ iae.nl

28


Slide 29

Wat is de trend (2) ?


Het stroomverbruik van halfgeleiders
wordt kleiner; het aantal halfgeleiders in
een schakeling wordt groter !



Gevolg: De storingsgevoeligheid voor
radiofrequente bronnen heeft de neiging
slechter te worden !

wvogel @ iae.nl

29


Slide 30

Wat is de trend (3) ?


De afmetingen van schakelingen worden
kleiner door miniaturisering, SMD
techniek en integratie !



Gevolg: De storingsgevoeligheid voor
radiofrequente bronnen verschuift naar
hogere frequenties !

wvogel @ iae.nl

30


Slide 31

Wat is de trend (4) ?


De schakeltijden van halfgeleiders
worden korter !



Voorbeeld: SMPS.



Gevolg: De storingsbronnen in de
schakelingen geven meer energie op
hogere frequenties !
wvogel @ iae.nl

31


Slide 32

Belangrijke gegevens


Voor verdere technische en andere vragen:

– ir. W.J. Vogel
– [email protected]
– Postbus 2139
– 5600 CC Eindhoven

wvogel @ iae.nl

32