Stoppa störningar (C-2)

Detta är andra delen av tredje kursen . i vår EMC-kursserie och kursav­snittet ger tips om hur man ”fixar” (dvs undviker eller åtgärdar) vanliga störningsproblem. Med ”vanliga” syftar vi på de vanligaste vardagliga or­sakerna till störningsproblem. ”Fixarråden” avser antingen att förhindra eller reducera störningsalstring eller att skydda sig mot påverkan från olika icke-önskade elektromagnetiska fenomen (apparatalstrade eller naturliga).

I förra avsnittet av denna kursdel behandlade vi olika former av spännings­hackar (kraftenheter, frekvensomvandlare, växelriktare, motordrivenheter mm) och hur dessa bör ”avstöras”. Vi vi här poängtera att dessa enheter sprider sin störningsemission i huvudsak via anslutna ledningar och kablar. Detta antyds i figur C 10 och C 13 i förra avsnittet. Om intern uppbyggnad och filtrering är otillräcklig blir omgivningen störd. Störningsemissionen ger sig till känna i huvudsak som longitudinella (common mode) störnings­spänningar och strömmar på anslutna kablar, se bild CX 1. Apparater ovh kablar som är förlagda nära blir påverkade via kapacitiv och induktiv över­hörning. Radiomottagare känner av E- och H-fälten, vars styrka beror på apparatplacering och kabelförläggning samt kabellängder. I solcellssam­manhang hamnar solcellspanerna relativt högt över mark och ”fältjord”,  med påföljd, att likspänningskablarna mellan solcellerna och växelrikta­ren, bildar en E-fältsantenn med sk ”topp hat”, se figur CX 2. Solcellspane­lerna så att säga förstärker E-fältsantennverkan och det är denna antenn­verkan som förmodligen dominerar radiostörningsemissionen (RFI). Det gäller således att kraftigt begränsa spännings- och strömemissionen från växelriktaren för att inte störa radiotrafik.

Figur CX 1. Longitudinell störingsström och spänning emitterar mer eller mindre på alla kablar anslutna till en potentiell störningskälla.
Figur CX 2. I en solcellsanläggning fungerar kablaget mellan solcellerna och växelriktaren som en bredbandig vertikal E-fältsantenn.

Skyddsåtgärder naturliga störningskällor

Oönskade naturfenomen, såsom åska, ESD och geomagnetiska störning­ar, hör definitivt hemma i kapitlet avstörning, men i bemärkelsen skydd. Dessa fenomen, när de uppträder, är svåra att åtgärda vid källan. Här gäller det att skydda våra utrustningar och komponenter för deras ibland förödande effekter. ESD kan förhindras att uppkomma i behärs­kade miljöer, såsom vid tillverkning, installation och underhåll, men sällan i det ”dagliga livet”. Skydd mot geomagnetiska stormar behandlas inte i denna kurs.

Generell skyddsmetod

Metoderna för att skydda system och apparater mot olika former av hot är att isolera skyddsobjektet från hotet, som ofta är i form av hög spänning, eller att leda den ström det hotande fenomenet kan driva, en annan, helst icke skadlig, väg förbi skyddsobjektet.

 

Vid isolation måste isolationsmetoden stå emot hög spänning, dvs isola­tionshållfastheten ska vara tillräcklig eller så måste isolationsavståndet vara stort. Om inte isolation kan åstadkommas (oftast den billigaste metoden) åter­står att leda den störande strömmen en kontrollerad icke-skadlig väg. En metod kallas potentialutjämning och går ut på att parallellkoppla skydds­objektet med en eller flera relativt lågimpediva och strömtåliga ledare. En sådan kan vara en kort grov ledning eller en bred plåt. I el- och teleanlägg­ningar används ofta någon form av strömtåliga överspänningsskydd, vilka kopplas mellan kabelbranscher eller mellan dessa och utjämnings-ledare eller -plåtar. Notera att alla till ett objekt anslutna kablar och elektriskt ledande rör, vajrar etc bör anslutas till ”strömshunten”!

Åsk-generade överspänningar

En blixt kan ses som en strömförande krets, som dels leder in strömmar och dels inducerar spänningar i all ledande materiel i sin omgivning inklu­sive marken. Se Figur C 15.

Figur C 15. Blixtinducerad spänning.

Elnät, telenät och kabel-TV-nät är exempel på utbredda ledarstrukturer, som ofta är offer för åskrelaterade spänningar och strömmar. Mest utsatta är de typer av apparater som samtidigt är anslutna till två eller flera av dessa nät, såsom faxar, modem, datorer med inbyggt ledningsanslutet mo­dem, TV-apparater, basstationer till trådlösa telefoner mm, se Figur C 16. Spänningen (gemensam mod-spänning), orsakad av blixturladdningen, mellan dessa nät kan momentant bli hög, flera tiotal kV. Apparater, som enbart är anslutna till ett av dessa nät, går inte sönder lika ofta emedan de ej utsätts för gemensam mod-spänningen mellan näten. Om de trotts allt går sönder, beror det på differentiell överspänning.

Figur C 16. Avlägset blixtnedslag orsakar ofta skadliga överspänningar mellan olika markförbundna nät.

Åsköverspänningar skiljer sig i flera avseende från gängse elektromag­netiska störningsfenomen. De är mycket energirikare än andra typer av störningar, men bandbredden är mycket mindre än för t ex ESD. Stigtiden för en blixtströmspuls är i storleksordningen 0,1 – 1 μs, vilket motsva rar en bandbredd (andra brytfrekvensen i värsta-fallet-spektrum) på ca 3,2 – 0,32 MHz. Toppströmmen i en blixtpuls kan uppgå till 200 kA för sk positiv blixt och 100 kA för negativ blixt, men ”normalblixtens” toppvärde är i storleksordningen 70 kA. En blixt består av flera strömpul­ser, upp till ett tjugotal, där den första pulsens toppvärde är större än de efterföljande (se Figur C 17).

Figur C 17. Blixtdata.

Generella skyddsåtgärder mot åska

Skyddsåtgärder bör sättas in på flera nivåer; skydd mot åska kräver oftast flera zoner. Många förlitar sig på tillfälliga åtgärder, som att koppla bort kablar från apparater anslutna till elnät, telenät, kabel-TV-nät eller TV-antenn. Detta är inte fel, men otillräcklig. Jovisst, bortkopplade apparater (= isolerade) påverkas knappast av åskans effekter, men då apparaten är ansluten är risken stor att åskan oförutsett ”slår till”. Det räcker att det förekommer åskväder inom några km avstånd (vilket man kanske inte noterar) för att apparater ska förstöras eller åldras. Risken är, såsom en egenföretagare med verksamhet på landet i en om­byggd lada erfor, att man inte gör det i tid eller är ute med hunden när åskvädret plötsligt är nära. Då kanske man får byta datorer och annan utrustning flera gånger varje år. Ett hyggligt åskskydd kostar mindre än det första haveriet!

 

Åskledare bör installeras på byggnader och master. Framförallt bör an­tennmaster ha särskild avledare. En åskledare har till uppgift att leda blixtström ner till marken förbi skyddsobjektet (utanför byggnaden). Så kallade primärskydd bör installeras för att skydda till byggnaden in­kommande kablar, dvs förhindra överspänningar mellan olika inkom­mande kablar (CM) och mellan enskilda ledningar (DM). Det behövs rätt installerade skydd vid alla kabelintag: el, tele, kabel-TV och kabel från ev. takmonterad antenn. Det blir allt vanligare att montera solcellanlägg­ningar på hustak och detta medför särskilda skyddsåtgärder. Skydden ska framförallt förhindra att överspänning uppstår mellan dessa olika kablar. Dessutom behövs oftast även differentiella skydd mellan kablarnas olika ledningar: t ex mellan alla faser och skyddsledaren (el).

 

Ett överspännings­skydd har till uppgift att begränsa överspänningen genom en tillfälligt ”kortslutning”. Primärskyddet ansluts mellan avsedd ledare och jord, dvs byggnadens metallstruktur eller intagsplåt (se Figur C 18) alternativt in­kommande elkabels mantel, och bör begränsa CM-överspänningen till en eller ett par kV. Är kablarna metallmantlade ska dessa anslutas direkt till intagsplåten. Likaså ska alla metallrör anslutas till intagsplåten.

Figur C 18. Intagsplåt.

Varje apparat bör i sin tur förses med sekundärskydd som begränsar DM-överspänningen ytterligare, detta för att skydda apparaten lokalt ifall primärskydden inte ger tillräckligt skydd eller att överspänning upp­står pga inducerad spänning. Rätt installerade skyddskomponenter för apparatskydd skall avleda överströmmen till apparatskärm eller lokalt jordplan. Minimum är att sekundärskydden ansluts mellan inkomman­de fasledare och skyddsledare. Är även andra ledningar, såsom tele- eller andra stora näts kablar, anslutna till apparaten, ska skydden för dessa anslutas till apparatens skyddsledare, oftast via apparatens hölje eller via en lokal intagsplåt.

Figur C 19. Sekundärskydd för apparat.

Figur C 19 visar åtgärder för en apparat anslutet till el- och telenät. För rätt utförd installation skall utjämningsledaren (ännu bättre: plåten) vara så kort som möjligt (helst kortare än 10 cm, absolut inte längre än 1 m).

 

En blixt kan ses som en strömförande krets som i sin tur inducerar spän­ningar och strömmar i all ledande material i sin omgivning, inklusive marken. Se Figur C 16.

 

I ett kontorslandskap med flera arbetsstationer utspridda över hela vå­ningsplanet eller i flera våningsplan, har kraftförsörjningen och nätverks­kommunikationen ibland realiserats genom att dra allt kablage i taket för att sedan låta ”grenar” hänga ner vid respektive arbetsstation. Nätverket  och elnätet dras vidare upp till nästa våning och det är inte säkert att dessa två kablage går i samma kabelränna. De kan dras med flera meters mellanrum, vilket skapar vertikala slingor. Ett blixtnedslag en bit ifrån byggnaden eller ännu värre, i byggnadens åskledarsystems nedledare, ger upphov till ett kraftigt magnetfält, som inducerar spänningar i de ver­tikala slingorna. Dessa spänningar kan bli uppemot flera tusentals volt. Det är en uppenbar risk att någonting går sönder. Normala installatio­ner klarar sig oftast, ty signal- och kraftkablage ligger i horisontalplanet och den vertikala blixtens magnetfältsvektor skär inte igenom detta plan. Således induceras liten spänning i installationskablaget.

 

Om man däre­mot råkar skapa vertikala slingor kommer man att få problem med åsk­förstörd utrustning utan att byggnaden är ”träffad”. Skulle byggnadens åskledarsystem med vertikala nedledare utsättas för blixtström kommer vertikala slingor att medföra än värre problem. Genom att istället dra da­tanätverkskablage och elnätskablage i närheten av varandra (inte för nära för vi vill inte ha störande överhörning från elnätet) reduceras slingytan och därmed också de inducerade spänningarna. Med metallkabelkanaler minskas fältinkopplingen ytterligare.

Blixtskyddsåtgärder för solcellsanläggningar

Ett aktuellt EMC-problem är blixtskydd av solcellsanläggningar. I figur C 20 visas en principiell bild av en solcellsanläggning på ett hustak med blixtskydd. Blixtinfångarna är anslutna till byggnadens ringledare eller motsvarande med nedledningar. Solcellspanelernas bärarmekanik är aven den ansluten till ringledaren med en egen nedledning. Detta om bärar­mekniken skulle strömsättas av en blixt eller pga överslag från blixtfång­arledningarna så ska denna ström till ringledaren. Risken för överslag ska minimeras med tillräckligt avstånd mellan mekaniken och blixtfångar­systemet.

Figur C 20. Blixtskydd av en solcellsanläggning. OVP = överspänningsskydd, PUS = potentialutjämningskena, PEN = noll- och skyddsledare.

Isolationen mellan solcellerna samt dess ledningar och bärarmekaniken är ju ändlig, vilket medför att man måste ha överspänningsskydd mel­lan likspänningsledningarna och växelriktarens skärmlåda. Denna ska i sin tur vara lågimpedivt ansluten till elcentranlens mekanik. Även på nätsidan ska det finnas överspänningskydd för att blixtskydeet ska vara fullständigt.

ESD

ESD (ElectroStatic Discharge = urladdning av elektrostatisk spänning) är ett annat naturfenomen och är ett uråldrigt och sedan länge känt stör­ningsfenomen. En av de första internationella civila tålighetsstandarderna behandlade just ESD. Vintern är en särskild ESD-vänlig period, speciellt i inlandet där klimatet är torrare. Speciellt utsatta är områden med kall och torr utomhusluft (högtrycksväder) på vårvintern. ESD-urladdning, ibland kallad inomhus-åska, kan orsaka förstörelse i elektronikkomponenter, eller, i värsta fall, latenta fel och åldring samt be­tydande parameterförsämringar.

 

Vi måste konstruera våra apparater så att de vid hantering och användning tål både direkt ESD-urladdning mot åtkomliga delar och indirekta påver­kan (fält) vid urladdning mot andra föremål. Det uppmärksammades tidigt att vissa halvledare (transistorer, IC-kret­sar) ofta gick sönder. Snart upptäckte man att de var känsliga för ESD-al­strade överspänningar.

 

Vissa kretstyper förstörs vid så låga ESD-spänningar som några tiotals volt. Därför var halvledartillverkare tidigt ute och byggde in skydd i sina IC-kretsar. ESD-skyddet är sen länge inbyggt i våra känsligaste IC-kretsar. Både in-och utgångar samt matning måste vara skyddade.

ESD-uppkomst

Statisk elektricitet uppkommer naturligt genom bl a friktion, gnidning samt separation mellan olika material. Detta kallas för triboelektrisk effekt. Olika material har olika triboelektriska egenskaper, se Tabell C 1. Alla har vi någon gång upplevt effekterna av statisk elektricitet när vi kammar oss, tar av oss ett klädesplagg, reser oss från en kontors­stol eller stiger ur bilen. Statisk laddning kan även förekomma genom influens (utan beröring) från en annan laddad kropp eller påverkan av elektriskt fält.

Tabell C 1. ESD-uppladdning av person.

Det vanligaste fallet är, att en människokropp blir uppladdad, som i det illustrerade fallet i Figur C 21 (en person går över ett golv av t ex. syntetma­terial). Vid varje separation, som sker mellan personens skosula och golvet, ökar kroppens laddningsskillnad relativt golvmaterialet och uppnår med tiden högre och högre spänning (= potentialskillnad, positiv eller negativ, beroende på material).

Figur C 21. ESD-uppladdning av person.

Spänningsuppbyggnaden tar en viss tid och möjlig uppladdningsspänning är beroende av bl. a den relativa luftfuktigheten och materialegenskaper­na. Över tiotal kilovolt på några tiotal sekunder är inte ovanligt.

 

Alla föremål (inte minst människokroppen) kan bli uppladdade oavsett om de är ledande eller isolerande. En kropp kan bli uppladdad till tiotals kilovolts spänning med positiv eller negativ polaritet relativt omgivningen. Laddningen är koncentrerad på ytan. På ledande material är laddningen jämt fördelad över hela dess yta. På icke ledande material är laddningen fläckvis fördelad.

ESD-urladdning

När ett laddat föremål eller kropp kommer nära ett annat med annorlunda laddning sker ett överslag (fältstyrkan blir för stor relativt luftens isoler­förmåga) i form av en gnista. Detta medför en hastig laddningsutjämning mellan kropparna med tillhörande förskjutningsström. Inget av föremålen behöver alltså vara jordat (= anslutet till annat större föremål, t ex ett hus eller marken). Jämför med att man kan känna en stöt mot ett metallhand­tag i en trädörr.

Figur C 22. Simulerad ESD-puls.

 

Figur C 23. Värsta-fallet-spektrum för ESD-urladdning.

Gnisturladdningens egenskaper beskrivs i relevanta EMC-provnings­standarder, t ex SS-EN 61000-4-2, i form av en strömpuls alstrad av en högspännings-generator (se Figur C 22 och Figur C 23). Pulsform och övriga egenskaper kan vara lite olika beroende på hur och mellan vilka slags föremål urladdning sker. Exempel på olika simuleringsmodeller är: Human Body Model (HBM), Machine Model (MM) och Charged Devi­ce Model (CDM). Notera att inte enbart människor är ESD-generatorer: all rörlig, särskilt isolerande, materiel är potentiella ESD-generatorer! Se Figur C 24.

Figur C 24. ESD-uppladdning av och urladdning från rullande utrustning.

En ESD-uppladdning kan innebära spänningar på flera tiotals kV. Urladdningspulsen medför hög ström (flera tiotals ampere), som växer med mycket kort stigtid (< ns), och ett hastigt kollapsande elektriskt fält. Därmed orsakar urladdningen ett elektromagnetiskt fält i ett frekvens­område som sträcker sig från 0 Hz till flera GHz. ESD-pulsens störnings­effekt är dubbel: den fortplantar sig som ledningsbunden störning såväl som fältstörning. Energiinnehållet är begränsat (< 2 J). Energin utvecklas dock under mycket kort tid, vilket medför att toppeffekten är hög. Skadan i elektroniken kan ske explosionsartat i en oftast liten volym (på chipnivå). Uppstår inte katastroffel åldras utsatta komponenter med parameterför­ändringar och ”för tidig död” som följder.

Exempel på apparater som har blivit störda av ESD:

  • Droppregulator i sjukhusmiljö öppnar för fullt flöde pga indirekt ESD-påverkan vid 6 kV laddningsspänning.
  • PC i kontorsmiljö låser sig pga ESD-urladdning mot skrivbordsram.
  • Bankterminalutrustning på bankkontor går sönder pga ESD.
  • Prismärkningsutrustning med etikettapplikator i industrimiljö blir utstörd av transportband, som genererar upprepade ESD-urladdningar pga bristfällig potentialutjämning av rörliga delar.
  • Motionscykel i hemmiljö: elektroniskt räkneverk lägger av pga att cykeln blir uppladdad av friktionsbroms och urladdas i kontakt med andra föremål.
  • Särskilt utsatta utrustningar eller delar: datorer, tangentbord, termina-ler, kontrollpaneler, mobiltelefon, konsoler, mm.

Exempel på särskilt utsatta miljöer:

  • Torrt inlandsklimat (generellt).
  • Pappershantering: pappersbruk, tryckerier, skrivare (torr miljö samt separationsrörelse).
  • Bageri (torrt pga mjölet och värmen som minskar den relativa luftfuktigheten).
  • Transportband och andra rullande transporter. Materialhantering i allmänhet.
  • Bilar, lastbilar.
  • Hantering av torr tvätt.
  • Skyddsrockar av nylon eller annat syntetmaterial.

ESD-skyddsåtgärder

  • Förhindra uppladdning.
  • Undvik nylon, fleece, plast, neopren och andra uppladdnings-benägna material.
  • Öka luftfuktigheten.
  • Potentialutjämna (avled laddningar) mellan golv, stolar, bänkar, rullande utrustning, personer.
  • Använd ESD-tålig utrustning, som är byggd med ESD-skyddande komponenter på ett ESD-robust sätt. Utrustningens ESD-tålighets-egenskaper ska helst vara specificerade.

Som ESD-skydd på kretskorts- och apparatnivå används snabba överspän­ningsskydd av halvledartyp, dioder, zenerdioder, snabba varistorer samt kondensatorer. Rätt layout och montering (kortast möjliga tilledare) av dessa skydd är också ytterst viktig, annars kan skyddskomponenterna bli verkningslösa.

 

En annan allmän åtgärd är att all hantering av oskyddad elektronik under t ex tillverkning, transport och service är reglerad i ESD-standarder för att förhindra komponentfel orsakad av felaktig hantering.

Exempel på ESD genererade störningar:

Inre urladdning – Rörliga delar i olika sammanhang kan agera som laddningsgeneratorer. Exempel är:

  • Transportband, kilremmar,
  • Transportvagnar, rullstolar med gummi- eller neoprenhjul samt
  • Bilar och andra fordon.

Gemensamt för dessa är att uppladdning sker via separationsrörelse. Om denna laddningsobalans inte utjämnas kontinuerligt kan höga spänningar byggas upp. Dessa kan leda till laddningsnivåer där laddningsspänning­en lätt kan överstiga spänningshållfastheten med resulterande över- eller genomslag.

 

Ofta sker urladdning via hjulnav. Det har observerats att kontinuerliga gnisturladdningar sker i hjullager. Gnistan slår igenom det tunna isoleran­de skiktet av smörjmedel inne i hjulets kullager och gnistorna gröper ur lagerbanorna. Detta förkortar hjullagrets livslängd. ESD-urladdningar ger även störande ljud i t ex radio- eller audiosystem. Det finns exempel på radiostörning orsakad av ESD från fläktkilremmar i motorfordon.

Exempel: Koppling från isolerad lucka

En apparat består av metallåda innehållande ett tvålagers mikroproces­sorkort med ett stort antal signal- och batterianslutningar. Överdelen av lådan är skruvad mot underdelen med fyra skruvar; en i varje hörn. Skar­ven mellan lådhalvorna är miljötätad mot fukt. Se F igur C 25.

Figur C 25. Bilden illustrerar en apparat med bristande ESD-tålighet.

Redan vid 2 kV urladdningsspänning (ESD-provning) mot lådans överdel stannade processorn och enheten måste startas om. Minimikravet var 4 kV kontakturladdning. Flera svagheter i konstruktionen samverkar:

 

Överdelen visade sig vara helt isolerad från underdelen tack vare miljö­packningen, både i skarven och under skruvskallarna.

 

Vi anslöt (snabbfix) en av skruvarna med ledande packning under skruv­skallen och därmed skapade vi en, i detta fall, tillräckligt lågimpediv för­bindelse mellan under- och överdel. Vi rekommenderade, naturligtvis, att anslutning av lådhalvorna helst skall ske i lådans hela periferi för ett mer EMC-riktigt utförande. Detta kan exempelvis ske med packning, som är både fukt- och EMI-tätande. Men glöm inte att ytbehandla spåret för packningen med en elektriskt ledande yta, t ex förtenning.

 

En lösning, som ger sämre marginal, är att på något mekaniskt sätt punkt­vis (ju fler punkter desto bättre) säkerställa varaktig elektrisk kontakt mel­lan lådhalvorna innanför miljöpackningen.

 

Här är en varning på sin plats: förlita er inte på skruvar och muttrar som elektriska förband, även om de tillfälligt verkar bra. Med tiden försämras den elektriska kontakten pga oxider, smuts, olja mm! Fästelement är me­kaniska komponenter, inte elektriska!

 

Förklaringen ligger i att ESD inte enbart är ett överspänningsproblem utan även ett högfrekvent fältproblem. ESD-urladdning mot den från underdelen isolerade överdelen orsakar en hastig potentialförändring mellan lådhalvorna och därmed ett kraftigt elektrisk fält med kort omslagstid inne i lådan. Emedan denna fältförändring sker på kortare tid än en ns kopplas relativt stora strömmar till olika komponenter på kretskortet.

Figur C 26. ESD-koppling från isolerad lucka.

Figur C 26 illustrerar förloppet: potentialen hos en isolerad eller icke till­räckligt lågimpedivt ansluten lucka, ändras ju momentant till ESD-pul­sens spänningstoppvärde; på baksidan av luckan genereras därför en kraf­tigt E-fältpuls mot de oskyddade kretsarna.

Kopplingen är kapacitiv och kapacitansen mellan luckan och olika kom­ponenter bestäms bl a av luckans och komponenternas fysiska dimensio­ner samt avståndet dem emellan. Strömmen till en krets bestäms av

 

I = C dU/dt

 

En mycket liten kapacitans (C) och en stor spänningsderivata (dU/dt) ger en relativt stor ström (IC), vilken oönskat styr aktiva kretsar. Exempel: C = 0,01 pF, U = 2 kV och t = 1 ns medför en 20 mA strömpuls med varak­tighet lika med stigtiden, i detta fall en ns! Detta räcker mer än väl för att störa en krets!

 

ESD-urladdningsströmmen alstrar ett magnetfält vars frekvensspektra utbreder sig på alla frekvenser från 0 Hz till GHz-området. Magnetfält  från urladdningsströmmen, som, om den passerar från den ena lådhalv­an till den andra via någon enstaka punktvis förbindelse, kopplar in i de oskyddade kretsarna. På grund av avsaknad av jordplan i kretskortet (två­lagerskort) har kretsarna stora slingytor, som bildas mellan signalledare och återledare, vilket innebär relativt stora inducerade spänningar.

 

Ytterligare förbättring: inför jordplan på kretskortet.

 

ESD-fält från öppningar

När en ESD-urladdning sker mot en metallåda, kommer laddningsspän­ningen att driva en urladdningsström, som fördelar sig längst metallådans utsida. Strömmen sluts till ESD-spänningens referens (näraliggande jord, vid provning det jordplan som ingår i testuppställningen) via strökapaci­tanser, detta oavsett om metallådan är galvaniskt förbunden med jord­planet eller inte. Den eventuella galvaniska förbindelsen består ofta en relativt lång PE-ledare, som ses av ESD-strömmen som en hög impedans i jämförelse med strökapacitansernas låga reaktans.

 

Om lådan är elektriskt tätt så brukar det gå vägen utan att elektroniken blir påverkad inuti lådan. Finns det däremot öppningar och otäta skarvar i urladdningsströmmens väg, så måste strömmen avvika och flyta runt dessa öppningar. Detta genererar magnetfält på båda sidor av öppning­arna och fältet inne i lådan kan påverka känsliga kretsar. Se Figur C 27.

Figur C 27. ESD-fält från öppningar.

ESD-inducerad störning

Magnetfältet från en ström, t ex orsakad av en ESD-urladdning, induce­rar spänning i slingor, se Figur C 28. Den inducerade spänningen (sling­spänning) är proportionell mot fältförändringen:

 

Uslinga = dϕ / dt

 

Detta går att utveckla till

 

Uslinga = 2 10-7 I topp A / (r tr)

 

där

 

Itopp = toppströmsvärdet,

A = slingytan,

r = avståndet mellan strömbanan och slingan samt

tr = omslagstiden eller stigtiden.

 

Vi ser att ju större yta (A) och kortare avstånd (r) det är mellan slinga och strömbana desto större blir den inducerade spänningen samt att kort omslagstid (tr) för strömmen ger högre spänning.

Figur C 28. ESD-inducerad störning.

Avslutning

Detta var del två av det tredje EMC-kursavsnittet i vår kursserie med syfte, att ge olika yrkeskategorier inblick i och förståelse för vad EMC innebär och hur EMC uppnås. Syftet med detta kursavsnitt (del 1 + del 2) är, att ge tipps om hur man relativt enkelt kan förhindra att vanligt före­kommande störningsfenomen uppstår samt vad som minst bör göras för att förbättra apparaters störningstålighet.

 

Fortsätt nu med självtest genom att välja svarsalternativ i Frågor och Svar. De rätta (eller mesta rätta) svaren hittar du längre fram i detta nummer av Electronic Environment. Har du frågor eller synpunkter är du hjärtligt välkomna med dessa till info@electronic.se. Vi utlovar inga personliga svar (även om det kan bli så), men vid behov publicerar vi tillrättalägganden. Vi uppskattar ditt engagemang!

 

Miklos Steinerredaktion@electronic.se 
Ulf Nilsson, emculf@gmail.com