EMC måste tas om hand i alla delar, såväl på elektrisk som på mekanisk systemnivå, och på alla nivåer i en utrustning på ett systematisk och planerat sätt.

Generellt om spänningsdistribution och spänningsomvandlare

Modern elektronik behöver internt oftast flera olika matningsspänningar för sin funktion. Till ex så är 3 V, 5 V, 12 V, 24 V och 48 V vanligt förekommande matningsspänningar. För att generera dessa spänningar används spänningsomvandlare. Dessa kan vara egenkonstruerade eller köpta integrerade med specifierade prestanda. Eftersom de flesta omvandlare använder switchande tekniker är de potentiella störningskällor.

 

Några råd avseende köpta färdiga enheter:

• Kontrollera EMC-specifikationen noga.
• Anslut enheterna lågimpedivt till gemensam referens (jordplan).
• Ta kontroll över ledningsdragningen på båda sidor av omvandlaren. Både före och efter.

Som EMC-rådgivare har jag stött på projekt där man använt en köpt okapslad spänningsomvandlare uppbyggd på ett kretskort. Enligt tillverkarens specifikation uppfyllde den inköpta enheten normen för RF-emission avseende kontorsmiljö. Vid EMC-provning visade sig emellertid att detta påstående enbart gällde ledningsbunden emission (under 30 MHz). Tillverkaren ansåg nämligen att apparatens skärm skulle ta hand om resten!

 

Vi kan bäst illustrera behovet av en kontrollerad spänningsdistribution genom följande exempel:

Apparatuppbyggnad och interna antenner

Återkommande tema hos våra kunder är radiofrekventa emissionsproblem. Ett exempel: Denna gång hamnar emissionen i frekvensområdet c:a 30-80 MHz.

 

Uppbyggnaden är i stort: Apparathöljet är av metall med ledande ytor. Det finns dock gott om öppningar och spalter, vilket gör att apparathöljet har måttlig skärmningsverkan.

 

Nätanslutningen sitter i apparatens nedre del och är filtrerad med ett nätfilter. Strömbrytaren sitter på en panel på apparatens översida.

 

Kretskorten (3 st) är monterade på ömse sidor av en plåt i (se bild Figur nr 5). Nederst finns ett kraftkort med pulsmodulerad styrning (PFC) samt generering av två huvudspänningar: 24 V och 5 V. Det mittersta kortet innehåller ett antal DC/DC-omvandlare och det översta är en del av ett styrkort. Styrkortets mikroprocessordel sitter på baksidan av plåten.

 

Den troliga emissionskällan är det switchande spänningsaggregatet eller DC/DC-omvandlaren – vilket man kan läsa ur störningens karaktär och frekvens.

 

Vi hittade inga externa ”antenner”, dvs anslutande kablar, vilka kan agera som antenner om de är bärare av radiofrekvent ström. 30-80 MHz motsvarar våglängder 10 m-3,75 m. Detta innebär att strukturdelar och kablar omkring en meter kan vara effektiva antenner.

 

Vi tittar på den interna uppbyggnaden och finner att det finns många ledare och kablar internt i apparaten, vilka kan agera som antenner och spridare av ”störningssmitta”, dvs de plockar upp fält på ett ställe och avge fält på ett annat.

.

Det första vi finner är nätkabeln, som löper från botten av apparaten (nätfiltret) upp till nätströmbrytaren och halvvägs tillbaka till anslutningen på nedersta ”Power PFC -kortet”. Dessutom är denna kabel inte fixerad i ett bestämt läge utan kan hamna tvärs över störande komponenter på sin väg. Det finns många andra kablar och ledare som löper mitt bland komponenterna på kortet och risken är stor att de plockar upp störningsfält.

.

Se bild Figur nr 5: Ledare som ligger över DC/DC-omvandlare.

Switchade enheter som störningskällor

Apparatalstrad störning orsakad av frekvensomformare är vanligt förekommande både i bostadshus och i industribyggnader.

 

Exempel på störande switchande enheter:

• effektstyrning till elmotorer
• frekvensomvandlare
• mjukstartare, tyristorstyrning
• stegmotorstyrning
• switchad strömförsörjning.

Figur 2 visar ett principiellt kopplingsschema över en motorstyrenhet, dess störningsspektrum samt common-mode-strömmens pulsform och storleksordning.

.

I Figur 3 visas en schematisk spänningsomvandlare i uppkoppling för mätning av ledningsbunden emission med en nätekvivalent (simulerar nätets impedans). Den matande nätspänningen likriktas av en diodbrygga, som i sin tur matar en transistor vilken ”hackar” den likriktade nätspänningen med en mycket högre frekvens än nätspänningens 50 Hz. Detta för att den skall kunna transformeras till en annan nivå via en transformator med mindre volym än vad som krävts för 50 Hz.

.

Figur 4 identifierar de enskilda störningskällorna i ett switchande aggregat:

• Diodbryggan
• Primärkretsen
• Sekundärkretsen
• Common mode strömläckage från switchtransistorn

.

I nästa artikel behandlar vi vikten av korrekta och tydliga installationsanvisningar.

.

Miklos Steiner

Teknikredaktör, Electronic Environment