Detta hände på ”nålprintrarnas” tid . Jag blev anställd som en av de första elektronikkonstuktörerna på ett företag vars huvudsakliga verksamhet inte var knuten till elektronik. Vår uppgift var att konstruera maskiner som kunde medverka till att företaget kunde sälja mer av den huvudsakliga produkten, vilket var självhäftande etiketter för märkning diverse produkter i ett givet produktionsflöde. Min konstruktion byggde på ett nålskrivar-huvud som hade kommit ut på OEM-marknaden. Huvudet använde nio nålar som låg tätt i vertikalt ovanför varandra. Nålarna aktiverades var och en av varsin magnetspole. För att skapa tecken och rader behövdes olika rörelser och lägesbestämningar för huvudet. Den horisontala rörelsen skapades av en fjäder som drog huvudet från vänster till höger. Rörelsen utlöstes av en kraftig magnet. Och här kommer boven i dramat!

När magneten släpptes genererades en kraftig EMK-puls som ställde till det. (= störningskälla). Se Figur 1. Den första stora pulsen kunde ha ett toppvärde på upp till 10 kV. Under denna rörelse avkändes varje möjliga avfyrningsläge för nålarna styrd av en etsad hållist och en optisk läsgaffel. Detta visade sig bli ett störningsoffer. I början av varje rad blev ett par tre av tecknen oläsbara.

Vad att göra? Försökte att dämpa transienten med en diod med följd att släpptiden för magneten förlängdes avsevärt. Dessutom visade sig att, eftersom magneten var kraftig och drog mycket ström, påverkades strömförsörjningen så att systemet kom i ett slags självsvängning, vilken var ännu besvärligare att hantera.

Nästa försök var att dämpa transienten med en zenerdiod, som klipper amplituden till lagom storlek och som inte förstör de andra komponenterna med sin överspänning. Det var fortfarande några förvrängda tecken! Då kom jag på den ljusa iden att låta pulsen klinga ut innan huvudet kommer i första skrivläget. Helt enkelt flytta på den etsade listen en bit till höger.

Detta var i tider när jag ännu inte har kommit i kontakt med EMC. Därför brydde jag mig inte om att ta reda på några kopplingsvägar. Det fanns säkert gott om relativt långa oskärmade ledningar, vilka kunde funka som antenner och fånga upp strålad emission från transienten orsakade av magneten. Men den möjligheten var helt okänt för mig på den tiden.

Lärdomar

• De värsta EMC-konflikten måste lösas på labbet under konstruktionsfasen.
• Det är allmänt känt att ofta är båda störningskälla och störningsoffer att söka i det egna systemet eller i närliggande apparater och system.
• Magneter, reläer, kontaktorer och liknande magnetiska komponenter alstrar kraftiga EMK-pulser, när strömmen till desamma bryts. Dessa överspänningspulser kan förstöra andra komponenter och orsaka gnistbildning i mekaniska brytare och omkopplare. Dessa EMK:er måste begränsas, dvs de magnetiska komponenterna måste avstöras.
• Störande apparater, s k störningskällor, är ofta elektromekanisk utrustning som vanligen finns i samma anläggning som störningsoffren.
• Överspänningar uppstår då induktiva laster bryts: U = -L di/dt. Spänningen begränsas dock av strökapacitansen som finns parallellt över induktansen. Den genererade spänningens toppvärde kan uppnå flera kilovolt i ett tolvvolts-system. (Se Figur 1 för formeln.)
• Apparatalstrad störning i form av transientskurar eller enstaka transienter orsakade av reläer och kontaktorer är en av de vanligaste orsakerna till oväntat uppförande och felfunktioner i elektriska installationer samt sporadiska störningar i styr- och datorutrustningar. Transientskurar fortplantar sig som ledningsbunden störning och via överhörning kan kopplas från en ledningsstruktur eller kabel till nästa. Dessa störningar har relativt lågt energiinnehåll men högt frekvensinnehåll på grund av snabba flanker.

Gniststörning

Då induktiva laster bryts med mekaniska brytare uppstår således gnistbildning i mekaniska kontakter och därmed transientskurar. Se Figur 1. Upprepade gnisturladdningar uppstår på grund av att upprepade brytningar (ökat kontaktavstånd) och slutningar (överslag på grund av att den genererade spänningen förmår överbrygga gapet).

Exempel på vanligaste påverkan hos elektronikkretsar:

• Mikroprocessorns reset-krets störs,
• Programmet hoppar fel,
• Kommunikationskretsar låser sig eller förstörs,
• Datakommunikationshastigheten blir drastiskt lägre pga omsändningar och
• Operationsförstärkare påverkas och lämnar felaktigt värde.

Avstörning

Som regel bör induktiva laster så som reläer, kontaktorer, DC-motorer mm avstöras. Det är i de flesta fall olämpligt att låta dessa störningar ohindrat sprida sig i installationen eller utanför. Det innebär att man monterar en spänningsbegränsande komponent tvärsöver den induktiva komponenten (t ex reläspolen). Avstörningskomponententen kan vara en diod (endast för DC), zenerdiod, varistor eller kondensator (figur 2). Leverantörerna av reläer och kontaktorer tillhandahåller oftast lättmonterbara lämpligt utformade avstörningskomponenter. Fallet visar också att ibland är det effektivare att kringgå problemet, jämfört med att försöka åtgärda det.

Man kan tänka sig en hel del förebyggande åtgärdsmöjligheter med en stabil mjukvara, som kan omfatta t ex.:

• Stabil programvara – inga tidskritiska logiska villkor, ej mätning av tidsluckor eller pulser
• Filtrering, rimlighetsvillkor
• Algoritmer
• Återställning
• Felrättning
• Koppla ej ifrån funktion innan det är nödvändigt
• Omstarta efter troligt fel
• Redundans
• Säkerhetskritiska funktioner ej blandade med andra
• Släpp inte in ”omöjliga” signaler

Se till att den störningsreducerande mjukvaran installeras efter alla hårdvaruåtgärder med samma syfte.