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Calvin Simen
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1 Willkommen St.Gallerstrasse 229 CH-9320 Arbon T: +41(0) F: +41(0) Willkommen Welcome Bienvenue 1

2 Aequator Kaffeemaschinen für die professionelle Gastronomie gibt es seit Die permanente Forschung und Entwicklung verfolgt das Ziel, Kaffeemaschinen mit dem grösstmöglichen Nutzen für den Kunden herzustellen. Aequator produziert auf der Espressotechnik basierende Vollautomaten für den Gastronomie- und Selbstbedienungsbereich mit verschiedenen Kaffeebohnen, Frischmilch oder Pulvermilchaufbereitung auch in Kombination mit Instantprodukten wie z.b Schokolade. 2

3 EMV bei professionellen Kaffeemaschinen. Störquellen, Störsenken und deren Minimierung in der Entwicklungsphase sowie Gegenmassnahmen. Rolf Baldegger, Leiter Elektronikentwicklung 3

4 EMV Themen Störquellen EN Emission Störsenken EN ESD EN Burst EN Netzausfall Massnahmen a) während der Entwicklung b) nach der Überprüfung Beispiel Reduktion des Störpegels der Heizungen 4

5 Störquellen Als Blockschema vereinfacht dargestellte Kaffeemaschine. Es zeigt die verschiedenen möglichen Störquellen welche ihre Störenergie über den Netzanschluss ausbreiten können. 5

6 Störquellen 1 Motoren: AC, DC (PWM) Kritisch: Anlaufströme (DC) Funkenbildung Freilaufenergie Massnahmen: Schnellstart ohne PWM (DC-Motoren) UKW Drosseln Überspannungsschutz, Freilaufdioden (DC-Motoren) 6

7 Störquellen 2 Magnete Kritisch: Magnetfelder (AC) Freilaufenergie Massnahmen: Positionierung, Abschirmung Überspannungsschutz Freilaufdioden (DC-Magnete/-Ventile) 7

8 Störquellen 3 Stromversorgungen Kritisch: Taktfrequenz Flankensteilheit Schaltstrom Massnahmen: Zertifizierte Netzteile korrektes Layout (Herstellerangaben) Eingangsfilter 8

9 Störquellen 4 Prozessorsysteme Kritisch: Taktfrequenz Flankensteilheit Koppelkapazitäten Massnahmen: kurzes Layout (Oszillatoren) Filterung der Versorgung (Stütz-C) Datenleitungsfilter (Π-Filter), getrennte Signalführung 9

Layout (Oszillatoren) Filterung der Versorgung

10 Störquellen 5 Leistungsschalter Kritisch: Prellen (Relais) Phasenanschnitt (TRIACs) Flankensteilheit Massnahmen: Bauteilwahl (TRIACs mit Nulldurchgang) korrekte Ansteuerung Taktfrequenz und Flankensteilheit nur so schnell wie nötig (FETs) 10

Bauteilwahl (TRIACs mit Nulldurchgang) korrekte Ansteuerung

11 Störquellen 6 RFID, Wireless Kritisch: HF - Pegel HF - Einkopplung Massnahmen: Einsatz geprüfter Geräte geeignete Positionierung Antenne mit definierter Abstrahlrichtung Abschirmung des Antennenumfeldes Zusätzliche Dämpfung der Netzleitungen (P,N,E) mittels Klappferrit 11

Antenne mit definierter Abstrahlrichtung Abschirmung des

12 Störquellen 7 Kabelführung Kritisch: kapazitive Kopplung induktive Kopplung HF - Einkopplung Massnahmen: Kopplungen vermeiden (trennen) Kurze Verbindungen, keine Schleifen Schnelle Datenleitungen abschirmen 12

Massnahmen: Kopplungen vermeiden (trennen) Kurze

13 Störsenken Als Blockschema vereinfacht dargestellte Kaffeemaschine. Es zeigt die verschiedenen möglichen Störsenken welche durch Störenergie auf dem Netz gestört werden können. 13

14 Störsenken 1 Stromversorgungen Kritisch: Netzausregelung Kapazitive Kopplung Spannungsfestigkeit Pufferkapazität Massnahmen: Zertifizierte Netzteile korrektes Layout (Herstellerangaben) Netzfilter, Überspannungsschutz, Pufferkondensatoren 14

Massnahmen: Zertifizierte Netzteile korrektes Layout

15 Störsenken 2 Prozessorsysteme Kritisch: Versorgungsspannung Reset, Speicher Externe I/Os Massnahmen: Multilayer Leiterplatte mit Masseanschluss Abblockkondensatoren an Versorgung Resetsignale kurz und niederohmig, Reduktion der Datenleitungen (SPI, I2C) Ext. I/Os filtern, Suppressordioden, Eingangssignale verifizieren (SW) 15

Abblockkondensatoren an Versorgung Resetsignale kurz und niederohmig, Reduktion

16 Störsenken 3 Analoge Schnittstellen Kritisch: Versorgungsspannung Eingangsspannung Messfehler Massnahmen: Abblockkondensatoren an Versorgung Separate Bezugsmasse (AGND und GND) Kleinsignale abschirmen (Schleifen vermeiden, Doppelschirm) Eingänge mit П-Filter (fmax klein), Suppressordioden, Seriewiderstände 16

Separate Bezugsmasse (AGND und GND) Kleinsignale abschirmen (Schleifen

17 Störsenken 4 Serielle Schnittstellen Kritisch: Versorgungsspannung Eingangsspannung Datenfehler Massnahmen: Abblockkondensatoren an Versorgung Bauteile mit integriertem ESD-Schutz Datenleitungen abschirmen (Schleifen vermeiden, evtl. einseitig kapazitiv) I/Os mit П-Filter (fmax Minimum), Suppressordioden, Optokoppler 17

Bauteile mit integriertem ESD-Schutz Datenleitungen abschirmen (Schleifen

18 Störsenken 5 TRIACs Kritisch: Spannungsfestigkeit Zündenergie Kapazitive Kopplung Massnahmen: Reserve bei Maximalspannung Niederohmig ansteuern (ab Optotriac) Triggerstrom und Triggerspannung richtig wählen Netzfilter, Überspannungsschutz (ZNR, RC-Glied) 18

Niederohmig ansteuern (ab Optotriac) Triggerstrom und

19 EMV Problem Heizungssteuerung Nachmessungen an bestehender Elektronik Ohne Netzfilter EN Einstufiges Netzfilter Zweistufiges Netzfilter Quasipeak Limit Limit Average khz 19

55014 Einstufiges Netzfilter Zweistufiges

20 TRIAC Endstufe für Heizungen Steuerung Opto-TRIAC Leistungs-TRIAC 20

Zero-Cross Opto-TRIAC Je später der Zündzeitpunkt des Opto-TRIACs vom Nulldurchgang entfernt ist, umso grösser ist das Störpotential generiert durch den steilen Phasenanschnitt des Leistungs-TRIACs.

21 Zero-Cross Opto-TRIAC Je später der Zündzeitpunkt des Opto-TRIACs vom Nulldurchgang entfernt ist, umso grösser ist das Störpotential generiert durch den steilen Phasenanschnitt des Leistungs-TRIACs. +-40V -200V! Je kleiner die Maximalspannung des Zündfensters ist, umso geringer ist das Störpotential, denn eine Zündung ausserhalb des Zündfensters des Opto- TRIACs wird durch dessen Zero-Cross Schaltung verhindert (siehe Messung). <8V ~5us 21

22 Datenblätter Opto-TRIACs Unterschiede bei den Spezifikationen des Einschaltfensters von Opto-TRIACs beeinflussen das Störpotential der entsprechenden Leistungsschalter. Als Beispiel die Opto-TRIAC Familie Ungenaue Spezifikation Genaue Spezifikation 22

23 Nachmessungen Kompatible Bauteile Werden eingesetzt bei: Beschaffungsengpässen Kostenoptimierung Produktionsoptimierung (Bestückung) Konsequenzen quasi-kompatibler Bauteile Wenn nicht alle Parameter in den Datenblättern detailliert auf worst case Werte und deren Beeinflussung im Einsatz der Maschine überprüft werden, kann es vorkommen, dass eine vormals EMV-technisch geprüfte Maschine ihr EMV- Verhalten zu Ungunsten verändern kann und dann die geforderten EMV- Normwerte nicht mehr eingehalten werden können. Nachmessungen werden notwendig. 23

24 Danke für Ihre Aufmerksamkeit. 24

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