Ögat på: EMC i praktiken, del 5

Fall av bristande . EMC-egenskaper och möjliga åtgärder. I denna serie av artiklar tittar vi på lärorika fall från min erfarenhetsbank som elektronikkonstruktör av specialmaskiner för industriautomatisering. 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, annars…

På början av 70-talet dök de första försöken av kontorsrationalisering upp . Jag hade fått anställning på ett av FACIT-koncernens företag i Göteborg som elektronik-konstruktör. Företaget var duktigt på stansade plåtdetaljer samt svarvade axlar. I grunden var det ett finmekaniskt företag och tillverkade bland annat mekaniska räknemaskiner. På den tiden lanserade japanerna de första elektroniska räknemaskinerna. Vi på FACIT insåg (för sent) att elektronik var framtiden och kämpade på att vara med i kapplöpningen mot automatisering och rationalisering av främst kontorsarbetet. En av våra duktiga mekanikkonstruktörer hade en ide till ett tryckhuvud. Detta utvecklades av en väl tilltagen konstruktionsavdelning till en komponent, som var mycket användbar i olika produkter flera år framöver. Den första användningen var till en terminal för att trycka i en banksparbok (mer om det senare).

Bokföring

Nästa applikation var att försöka konstruera en ”bokföringsmaskin” och trycka olika transaktioner på sk bokföringsblad. Varje blad motsvarade ett konto med olika kolumner. Tryckhuvudet var ett sk block-tryckverk som kunde trycka ett antal siffror i bredd i ett anslag. Antalet nödvändiga dekader bestämdes av hur stora belopp man ville bokföra i varje transaktion. (En av våra kunder fanns i Italien, som då använde Lire!) Så tryckverket blev ganska brett med ett 20-tal dekader. Varje dekad bestod av en halvcirkelformad plåtsegment (likt en lie) med siffrorna 0 till 9 präglade på periferin. Bakom varje siffra fanns det en hack där en hake skulle passa in. Inställningen av trycksiffrorna gick till så, att alla segment drogs samtidigt av individuella fjädrar, i en cirkulär rörelse från 0-läget mot 9-läget. Hakarna styrdes genom att individuella magneter skulle släppas i rätt ögonblick och då drog fjädrar in haken i ett hack för att stoppa segmentet i rätt sifferposition för varje dekad. Detta är mycket kritisk för att alla siffror skall vara rätt. Varje magnet måste släppas i rätt tid, i annat blir siffran fel med + – ett tecken. Den möjliga tidsluckan för varje siffra bestäms av bl a hur fort vi vill trycka.

Figur 1. Gniststörning

Optimering av släpptiden för magneter

Dekad-magneterna släpptes av vars ett transistorsteg. Min allra första uppgift som elektronikkonstruktör var att hitta ett optimalt sätt att släppa magneterna. Som bekant är, att när man bryter strömmen genom en elektromagnet, bildas det en mot- EMK-puls över spolen (induktansen), vars amplitud kan bli flera tusentals volt. Pulsen kan ha ett relativ högt energi-innehåll och kan slå sönder halvledarkomponenter (se Figur 1.) I det allra flesta fall måste pulsens amplitud begränsas till nivåer väl under halvledarnas specificerade tålighetsnivåer (se Figur 2). Dock medför begränsning av mot-EMK:s amplitud i förlängd släpp-tid för magneten. (Vi sa att den ”klibbar”.) För korta släpptider måste energin tömmas ur magneten så snabbt som möjligt. De två ytterlighetsfallen är:

  • Diod över spolen (endast vid likströmsmatning) tar bort EMK-spänningen, men förlänger släpptiden maximalt.
  • Ingen begränsning av EMK:n medför kortast släpptid.

Andra väl fungerande kompromisser är:

  • Zenerdiod eller varistor, som klipper spänningens topp
  • En väldimensionerad RC-krets över spolen
Figur 2. Reläavstörning

Och nu tillbaka till sparbanksbokterminalen

Där stötte vi problem av annan karaktär. Terminalen var känslig för ESD-urladdningar. Vi försökte skylla detta på att kontorsdamerna var klädda i mycket syntetmaterial: nylonstrumpor, underkläder, mm vilket främjar elektrostatisk uppladdning. Se Fig 3 och 4. Naturligtvis godkändes inga klädseländringar som lämpliga åtgärder av bankens ledning, även om dessa kan ha haft en viss betydelse i sammanhanget.

Figur 3. Triboelektrisk serie

 

Figur 4. ESD uppladdning

Figur 5 visar egenskapen hos en ESD-puls, som kan bildas vid urladdning av en människokropp. Den snabba första delen av urladdningen alstrar ett frekvensspektra med energier långt upp över 100-tals MHz. Dessa störningar kan lätt ta sig in i oskyddade kretsar via relativt små öppningar. Vi fick ta tillbaka bankboksterminalerna och förstärka skyddet till en acceptabel nivå. Där (tidigt 70-tal) fick jag mina första erfarenheter av EMC-provnings-metoder.

Figur 5. ESD urladdning från en människa

 

Miklos Steiner
Electronic Environment