36 EMC og støy

Kva er EMC?

EMC = Elektromagnetisk Kompatibilitet
Evna til elektrisk utstyr til å:
1. Fungere tilfredsstillande i sitt elektromagnetiske miljø
2. Ikkje forårsake uakseptable forstyrringar for anna utstyr

EMI (Electromagnetic Interference)
Elektromagnetisk interferens - støy som forstyrrar utstyr.

Kjelder til EMI:
- Elektriske motorar og drev
- Svitsjar og releer
- Databehandlingsutstyr
- Radiosendaren
- Lynavleiarar
- Statisk elektrisitet

Koblingsmekanismar:

Leidningsbunde (Conducted)
Støy som spreier seg via kablar og leidningar.

Stråla (Radiated)
Støy som spreier seg som radiobølgjer gjennom lufta.

Kapasitiv kobling
Elektrisk felt koblar signal mellom leiarar.

Induktiv kobling
Magnetfelt koblar signal mellom leiarar (transformatoreffekt).

Lovkrav:
CE-merking krev at produkt oppfyller EMC-direktivet:
- Emission: Ikkje forårsake for mykje støy
- Immunity: Tåle rimelege støynivå

Støytypar og symptom

Typar støy:

Kontinuerleg støy
Vedvarande forstyrringar:
- Svitsja straumforsyningar
- Frekvensomformarar
- Datautstyr

Impulsstøy
Korte, kraftige pulsar:
- Relekontaktar
- Lynutladingar
- Motorstyringar

Transientar
Raske spenningstoppar:
- Innkobling av induktive laster
- Elektrostatisk utlading (ESD)
- Lynnedslag

Symptom på EMI-problem:

Digitale system:
- Feilaktige målingar
- Programkrasj
- Kommunikasjonsfeil
- Tilfeldige resettar

Analoge system:
- Støy på signal
- Feil avlesingar
- Ustabil regulering

Audio/Video:
- Summing og knatring
- Striper på skjerm
- Interferensmønster

Feilsøking av EMI:
- Oppstår problemet til bestemte tider?
- Korrelerer det med spesifikke hendingar? (Motor start, lynnedslag)
- Forsvinn problemet med utstyr frakobla?
- Hjelper det å flytte/skifte kablar?

Tiltak mot støy

Skjerming
Metall-kapsling rundt følsamt eller støyande utstyr.
- Faradays bur-effekt
- Holdimensjon < λ/20 av høgaste frekvens
- Jorda skjerm

Filtrering
EMI-filter på straumforsyning og signalkablar.
- Lågpassfilter fjernar høgfrekvent støy
- Common-mode og differential-mode filter
- Ferrittkjernar rundt kablar

Jording
God jording leier støy bort.
- Stjernepunkt for analoge kretsar
- Skiljeplan mellom digital og analog
- Låg impedans jord (kort, brei)

Kabling
- Skil kraft og signal/data
- Bruk skjerma kablar
- Tvinna parkabel for differensielle signal
- Kryss kablar i 90° vinkel

Layout (PCB):
- Jordplan
- Korte signalvegar
- Dekobling-kondensatorar nær IC-ar
- Kritiske signal vekk frå kantar

Komponentval:
- Lågstøy komponentar
- Riktig dimensjonerte snubbarar
- Ferritperler på datalinjer
- TVS-diodar for transientvern

Praktiske eksempel

Eksempel 1: Støy frå frekvensomformar
Problem: PLS får feilsignal når VFD startar motor.

Årsak: VFD skapar høgfrekvent støy som koblar seg til PLS-inngangar.

Løysingar:
- Skjerma motorkablar, skjerm jorda i begge endar
- EMI-filter på VFD-inngang
- Skil VFD-kablar frå signalkablar
- Ferrittkjernar på PLS-kablar

Eksempel 2: Støy i analogt målesignal
Problem: 4-20mA signal frå temperatursensor svingar.

Årsak: Induktiv kobling frå nærliggande kraftkabel.

Løysingar:
- Bruk skjerma kabel (skjerm jorda i éin ende)
- Auk avstand til kraftkabel
- Legg signalkabel i metallrøyr
- Bruk differensiell inngang på mottakar

Eksempel 3: ESD-problem
Problem: Berøringsskjerm krasjar ved tørt vêr.

Årsak: Elektrostatisk utlading frå brukarar.

Løysingar:
- ESD-vernediodar på alle I/O
- Antistatisk golvbelegg
- Fukt > 40%
- Jorda metallramme rundt skjerm

Måling av EMI:
- Spektrumanalysator for frekvensanalyse
- Oscilloskop for transientar
- Nærfeltsoner for lokalisering
- EMI-testlab for CE-godkjenning