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EMV Grundlagen



EMV-Grundlagen.

Einfach gesagt: Ein wichtiger Teil der CE-Prüfung ist es, ein Elektronisches Gerät auf dessen Verträglichkeit mit anderen Geräten zu testen. Dabei darf das Gerät Störungen über die Anschlussleitungen und über die Luft nur bis zu einem, in bestimmten Normen beschriebenen Limit ausstrahlen. Auch darf das Gerät durch normgerechte Strahlungen nicht in seiner Funktionalität gestört werden.

Solche Prüfungen Werden in der Regel in einem speziellen Prüfzentrum durchgeführt. Alternativ dazu bietet ALLDAQ auch eine ganze Reihe von Produkten an, die Ihnen bei der Vormessung bei ihnen im Hause schon normgerechte Ergebnisse liefern können.

Prüfung in einem Testhaus

Strahlungsprüfungen werden typischerweise in abgeschirmten Absorberkammern durchgeführt, wobei die abgestrahlten Signale mit Antennen aufgenommen werden. Aufgrund von Bandbreitenbeschränkungen sind mehrere Antennen erforderlich, um den gesamten Frequenzbereich abzudecken.

  • Vorteile: Normgerechter Messaufbau und sehr genaue Messergebnisse
  • Nachteile: Sehr teuer und zeitaufwändig, da ein Testhaus ist nicht immer um die Ecke ist und Termine zum Teil sehr lange dauern. Schnelle Änderungen am Prüfling können nicht so komfortabel wie im eigenen Labor durchgeführt werden

Pre-Compliance-Messung bei Ihnen im Hause

Um schneller ein Messergebnis zu erhalten und um unnötige Besuche im Testhaus zu vermeiden, bietet sich ein eigenes Set aus unterschiedlichen Geräten an, um die Messungen gleich im Zuge der Entwicklung bei Ihnen im Hause zu verfolgen.

  • Vorteile: Es gibt Lösungen für jedes Budget und es ist bequem. Änderungen am Design Ihres Prüflings können sofort auf ihre Auswirkungen auf die EMV geprüft werden.
  • Nachteile: Je nach verfügbarer Ausrüstung kann der Aufbau nicht normgerecht sein. Messergebnisse müssen unter Umständen als eher qualitativ oder relativ als quantitativ betrachtet werden. Die Ergebnisse müssen sorgfältig interpretiert werden, um Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Daten aus bereits im Labor gemessenen Prüflingen können gut als Vorlage verwendet werden, um aussagekräftige Grenzwerte für die gemessene Strahlung zu bilden.

Die Hard- und Software

Die Schlüsselkomponente für jeden EMV-Precompliance Prüfaufbau ist der Spektrumanalysator. Die Preise für Spektrumanalysatoren sind in den letzten Jahren deutlich gesunken. Einstiegsmodelle von Siglent beginnen bereits bei ca. 1.300,00€

Die EMCview Software ermöglicht es dem Benutzer schnell zu einem Normgerechten Ergebnis zu kommen. Aktuell werden alle Serien von Spektrum Analysatoren von Siglent und Rigol unterstützt.

Funktionsübersicht:

-Vorkonfigurierte Projektdateien für das Gros der Leitungsgebundenen und Abgestrahlten CISPR-xx (EN550xx) Emissionsmessungen
-Die Anzeige unterstützt zwei komplette Messläufe - Wie im Testhaus
-Schneller Quasi-Peak-Scan kritischer Peaks, immun gegen Frequenzdrift der ausgewählten Peaks
-Konfigurierbare Grenzwertlinien und Segmentdateien
-Konfigurierbare Korrekturdateien für Kabel, LISN, Verstärker, Antenne etc. Tekbox-Produkte sind bereits hinterlegt.
-Konfigurierbare Margins für die Identifikation und Auswahl kritischer Peaks
-Unterstützt den Import und die Anzeige von Referenzmessungen zu Vergleichszwecken
-Lineare oder logarithmische Frequenzachse
-Automatische Erstellung von Prüfberichten
-Zahlreiche Import-/Export-Funktionen
-Selektive Messung von Frequenzsegmenten
-RF-Abdeckungsmodus
-Steuerung des Tracking Generators für die Verträglichkeitsmessung

Im Labor von Tekbox wurden im Laufe der Jahre verschiedene EMV-Pre-Compliance-Zubehörteile für die Zwecke der hausinternen Tests entwickelt und hergestellt. Dadurch konnte die Ausfallrate deutlich reduziert werden. Folglich hat sich Tekbox im entschieden, diese Werkzeuge zu industrialisieren und zu einem sehr wettbewerbsfähigen Preis anzubieten. So sind EMV-Pre-Compliance-Tests für jedes Unternehmen erschwinglich geworden. Eine komplettes Pre-Compliance Set kostet in der Regel weniger, als die Wiederholung einer fehlgeschlagenen EMV-Prüfung im Testhaus.

Tekbox - Produkte:

  • Software zur Steuerung des Spektrumanalysators und zur einfachen Interpretierung der gemessenen Daten
  • 5μH DC LISN: Netznachbildung für leitungsgeführte Emissionsprüfungen von gleichstrombetriebenen Geräten
  • 50μH AC LISN: Netznachbildung für leitungsgeführte Emissionsprüfungen von wechselstrombetriebenen Geräten
  • Antennen für gestrahlte Emissionsprüfungen
  • TEM-Zellen in verschiedenen Größen für gestrahlte Emissions- und Störfestigkeitsprüfungen
  • EMC-Sondensatz zur Lokalisierung des Ursprungs von Emissionen oder zur Lokalisierung des Ursprungs von Störfestigkeitsproblemen
  • Kostengünstige Leistungsverstärker für Störfestigkeitsprüfungen

Limits

Bevor mit einer Messung begonnen wird, ist zuächst die passende Norm zu wählen, nach der das entsprechende DUT (Device under test) getestet werden soll. Hierzu gibt es auf den einschlägigen Internet-Portalen, wie etwa Wikipedia sehr umfangreiche Listen und Übersichten. Eine sehr gute Auflistung finden Sie auch auf der Seite der IEC.

Hier eine kleine Zusammenfassung:

Bisher wurden über 30 CISPR-Standards veröffentlicht. Einige der bekanntesten sind:

  • CISPR 10 – Organization, Rules and Procedures of the CISPR. (1971)
  • CISPR 11 – Industrial, Scientific and Medical (ISM) Radio-Frequency Equipment – Electromagnetic Disturbance Characteristics – Limits and Methods of Measurement.
  • CISPR 12 – Vehicles, boats, and internal combustion engine driven devices -radio disturbance characteristics -limits and methods of measurement
  • CISPR 13 – Sound and television broadcast receivers and associated equipment – Radio disturbance characteristics – Limits and methods of measurement
  • CISPR 14 – Electromagnetic Compatibility – Requirements for Household Appliance, Electric Tools, and Similar Apparatus: 1) Emissions, 2) Immunity.
  • CISPR 16 – Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods
  • CISPR 20 – Sound and television broadcast receivers and associated equipment – Immunity characteristics – Limits and methods of measurement
  • CISPR 22 – Information Technology Equipment – Radio Disturbance Characteristics – Limits and Methods of Measurement.
  • CISPR 25 – Radio disturbance characteristics for the protection of receivers used on board vehicles, boats, and on devices – Limits and methods of measurement.

Testablauf

Anhand des folgenden Ablaufs können Sie verfolgen, wie in der Regel sämtliche Prüfungen auf EMV an einem Prüfling durchgeführt werden.

  • Schritt 1: Prüfung von leitungsgebundenen Emissionen. Leitungsgeführte Emissionen gehen häufig mit gestrahlten Emissionen einher. Die Reduzierung der leitungsgeführten Emissionen reduziert in der Regel auch die Strahlungsemissionen. Erforderliche Ausrüstung: Spektrumanalysator + LISN + LISN-Mate.
  • Schritt 2: Prüfung der Abgbestrahlten Störungen. Das abgestrahlte Spektrum auf Störgrößen mit zu hohem Pegel prüfen. Erforderliche Ausrüstung: Spektrumanalysator + TEM-Zelle

  • Schritt 3: Lokalisieren der Quelle(n) übermäßiger Strahlung. Die Platine wird mit Nahfeldsonden untersucht, um eventuelle Strahlungsquellen aufzuspüren. Benötigte Ausrüstung: Spektrumanalysator + EMV-Nahfeldsonden.

  • Schritt 4: Prüfung der HF-Störfestigkeit. Der Prüfling wird mit einem Signal bestrahlt, um die HF-Störfestigkeit zu prüfen. Benötigte Ausrüstung: Tracking Generator des Spektrum Analyzers, der den modulierenden Leistungsverstärker TBMDA1 ansteuert und TEM-Zelle. Alternativ: HF-Signalgenerator + HF-Leistungsverstärker + TEM-Zelle

  • Schritt 5: Lokalisierung des Ursprungs von Immunitätsproblemen. Nahfeldsonden werden mit einem HF-Signal belegt und über die Platine bewegt. So kann die betroffene Komponente aufgespürt werden. Benötigte Ausrüstung: Tracking Generator des Spektrum Analyzers, der den modulierenden Leistungsverstärker TBMDA1 ansteuert und TEM-Zelle. Alternativ: HF-Signalgenerator + HF-Leistungsverstärker + TEM-Zelle

Schritt 1: Prüfung von leitungsgebundenen Emissionen

Aufbau für leitungsgeführte Emissionsprüfungen von DC-betriebenen Geräten (z.B. CISPR25)

Der Prüfling muss von der Grundplatte isoliert und erhöht angeordnet sein.

Die LISN-Mate wird an den Ausgang eine in die positive Versorgungsleitung eingefügte LISN und an eine zweite, in die negative Versorgungsleitung eingefügte LISN angeschlossen. Das leitungsgebundene Rauschsignal am Ausgang einer LISN ist die Summe aus Gleichtakt- und Differenzrauschen. Die LISN-Mate teilt es in den Gleichtakt- und den Differenztakt Anteil auf, wobei jeder Signalanteil an einem separaten BNC-Anschluss zur Verfügung steht.

Für die genauen Details der Aufstellung und für die Grenzwerte für leitungsgeführte Emissionen siehe CISPR 25 oder die relevante, geltende Norm.

Aufbau für leitungsgeführte Emissionsprüfungen von AC-betriebenen Geräten (z.B. CISPR16)

Hier erfasst der Spektrum Analysator die Störungen, die vom angeschlossenen DUT über den L-Leiter (Außenleiter, ehem. Phase) und den Neutralleiter fließen. Ein zusätzlicher Trenntransformator ist unbedingt erforderlich und eine gute Erdung ist für die Sicherheit unerlässlich. Auf die genauen Einzelheiten der Aufstellung und für die Grenzwerte der leitungsgebundenen Emissionen weist CISPR 16 oder eine andere relevante anwendbare Norm hin. Es wird in jedem Fall zur Verwendung zusätzlicher Abschwächer geraten, da der Eingang des Spektrum Analysators extrem empfindlich ist und deshalb gegen Überspannung geschützt werden muss.

Schritt 2: Prüfung der Abgbestrahlten Störungen

Aufbau für abgestrahlte Emissionsprüfungen

Eines der beiden Ports einer TEM-Zelle wird mit der 50Ω Last terminiert. Der andere Port wird nun über den ebenfalls mitgelieferten DC-Blocker und N-N Kabel mit dem Spektrum Analysator verbunden. Der Prüfling wird unter dem Septum platziert und eingeschaltet. Benutzen Sie idealerweise konformitätsgeprüfte Prüflinge und die entsprechenden Prüfberichte als Referenz für Messungen in der TEM-Zelle als Vergleich zur Messung in einer Absorberhalle.

Schritt 3: Lokalisieren der Quelle(n) übermäßiger Strahlung

 

Lokalisieren Sie die Quelle unerwünschter Abstrahlungen auf der DUT-Platine mit Hilfe der Nahfeldsonden und einem Spektrum Analysator. Hierzu werden die Nahfeldsonden Senkrecht zur Platine geführt und immer wieder gedreht. Magnetfeldlinien treten durch den Ring der Nahfeldsonde und zeigen so die Flussrichtung der Störung an.

Schritt 4: Prüfung der HF-Störfestigkeit.

Ähnlich der Messung der Abgestrahlten Störungen in der TEM-Zelle, kann diese auch dazu verwendet werden, um auf den Prüfling einzustrahlen. Dazu wird ein HF-Signalgenerator oder einfach der Tracking Generator eines Spektrum Analysators über einen (modulierenden) Verstärker an die TEM-Zelle angeschlossen. Ein Signal wird ausgegeben und das Verhalten des Prüflings überwacht.

Schritt 5: Lokalisierung des Ursprungs von Immunitätsproblemen

Tritt bei der Messung in der TEM-Zelle eine Auffälligkeit auf, können auch die Nahfeldsonden als Antenen verwendet werden. Hierzu die Nahfeldsonde anstelle der TEM-Zelle mit dem (modulierenden) Verstärker verbinden. Der Pegel der Aussendung ist natürlich nicht definierbar aber es ist so leichter möglich, betroffene Komponenten zu identifizieren.

 

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