Leiterplattendesign bezüglich Burst und Surge.
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- Erwin Langenberg
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1 Leiterplattendesign bezüglich Burst und Surge. Fachvortrag 23. März 2010 André Trabold montena emc ag Route de Montena 75 CH Rossens Tel Fax office.emc@montena.com
2 Programm Montena emc Einführung zu Burst und Surge Burst: Störsignal und Testaufbau Burst: Störströme und Schutzelemente Burst: Versuchsaufbau Surge: Störsignal und Testaufbau Surge : Störströme und Schutzelemente
3 montena emc ag 3 Standorte: Rossens, Turgi und Goldach 10 Ingenieure führen Ihre EMV-Messungen durch.
4 Programm Montena emc Einführung zu Burst und Surge Burst: Störsignal und Testaufbau Burst: Störströme und Schutzelemente Burst: Versuchsaufbau Surge: Störsignal und Testaufbau Surge : Störströme und Schutzelemente
5 Einführung zu Burst und Surge Phänomen: Störimpulse werden auf ein Kabel eingekoppelt und erreichen die Elektronik. In der Folge fliesst ein Störstrom durch die Schaltung Beeinflussung der Elektronik. i STÖR OUT2 i STÖR IN Kabel 1 Kabel 2 i STÖR OUT1 GND i STÖR OUT3
6 Programm Montena emc Einführung zu Burst und Surge Burst: Störsignal und Testaufbau Burst: Störströme und Schutzelemente Burst: Versuchsaufbau Surge: Störsignal und Testaufbau Surge : Störströme und Schutzelemente
7 Burst: Störsignal Einkopplung auf Kabel durch schnelle Schaltvorgänge z.b. benachbarter Schaltschützen, Relais, Funkenstrecken, etc. u t U Nachbildung der wirklichen Situation durch den Normimpuls gemäss EN : Impulspacket Anstiegsz.: 5 ns Halbwerts.: 50 ns Frequenz: 5 od. 100 khz Dauer: 15 od ms i t Paketwiederholung 300 ms t
8 Burst: Impulsform 5/50ns Spannungsverlauf: Spektrum: Burst u(t) Burst V V/Hz E+0 1E+3 1E+6 1E ns Hz Art: transiente Störgrösse Energie: 2 mj (Kopplung mit 200 pf - Zange) 260 mj (Kopplung mit 33 nf direkt) Angewendete Prüfpegel bei der Normenprüfung: kv
9 BURST: Testaufbau EN : Prüfung der Störfestigkeit gegen schnelle transiente elektrische Störgrössen (Burst) Prüfling Entkoppelzange Testgenerator Koppelzange
10 Programm Montena emc Einführung zu Burst und Surge Burst: Störsignal und Testaufbau Burst: Störströme und Schutzelemente Burst: Versuchsaufbau Surge: Störsignal und Testaufbau Surge : Störströme und Schutzelemente
11 Schutzmassnahmen auf Leiterplatten Prinzip: Den Störstrom mittels Entkoppelelemente und Zonenkonzept ableiten. i STÖR IN Kabel 1 i STÖR OUT1 Kabel 2 b) Kontaktierungsfläche für die Massung des Gehäuses c) Kabelschirm auf a) Filterkondensator / Masse Transient Suppressor i GND Ein-/Ausgangs- Zone i STÖR OUT2 Elektronik Befestigungsloch mit Ausschnitt in der Massefläche Massefläche ohne Unterbruch
12 Stecker Stecker Platzierung der Filterelemente Richtig Falsch I/O Zone Elektronik I/O Zone Elektronik Filterelement Filterelement Massefläche ohne Unterbruch
13 Platzierung der Filterelemente zur Schaltung zur Schaltung Stecker Filterkondensator -- falsch richtig -- GND I/O-Zone Massefläche ohne Unterbruch
14 Burst-Schutzelemente auf Leiterplatten Elemente zur Ableitung des Burst-Impulses auf die Koppelfläche (Gehäuse und/oder Massefläche) : Kabelschirm Keramik-Kondensatoren: optimal nF Transient Voltage Suppressor (Multilayer Dioden, <500pF) Keramik Multilayer Varistoren (schnelle Varistoren, <500pF) Verschiedene Hersteller mit spezifischen Produktenamen. Bemerkung: Gasableiter und Funkenstrecken sind zu langsam. Verschiedene Bauformen wie Einzelkomponent oder Array
15 Programm Montena emc Einführung zu Burst und Surge Burst: Störsignal und Testaufbau Burst: Störströme und Schutzelemente Burst: Versuchsaufbau Surge: Störsignal und Testaufbau Surge : Störströme und Schutzelemente
16 Burst: Versuchsaufbau Zähler Koppelzange Zählerausgang Last: 1 kohm G Massefläche Burst Generator
17 Burst: Versuchsablauf 1) Kabel ohne Schutzmassnahme: Zähler wird gestört ab U BURST =.. kv 2) Kabel mit Optokoppler: Zähler wird gestört ab U BURST =.. kv 3) Kabel mit Entstörkondensatoren: Zähler wird gestört ab U BURST =.. kv 4) Geschirmtes Kabel mit Stopfbüchse kontaktiert, getrennte Gehäuseteile: Zähler wird gestört ab U BURST =.. kv 5) Geschirmtes Kabel mit Stopfbüchse kontaktiert: Zähler wird gestört ab U BURST =.. kv
18 Burst: Versuchsaufbau Kabel ohne Schutzmassnahme : Zähler 1 kohm clk Koppelzange G Massefläche Burst Generator
19 Burst: Versuchsaufbau Kabel ohne Schutzmassnahme: Zähler 1 kohm clk Koppelzange C ZANGE I BURST G C PARASIT C PARASIT Burst Generator
20 Burst: Versuchsaufbau Kabel mit Optokoppler: Zähler 1 kohm clk Koppelzange G Massefläche Burst Generator
21 Burst: Versuchsaufbau Kabel mit Optokoppler: Zähler 1 kohm clk Koppelzange C ZANGE I BURST G C PARASIT C PARASIT Burst Generator
22 Burst: Versuchsaufbau Kabel mit Entstörkondensatoren: Zähler 1 kohm clk Koppelzange G Massefläche Burst Generator
23 Burst: Versuchsaufbau Kabel mit Entstörkondensatoren: Zähler 1 kohm clk Koppelzange C ZANGE I BURST G C PARASIT C PARASIT Burst Generator
24 Burst: Versuchsaufbau Geschirmtes Kabel mit Stopfbüchse kontaktiert, getrennte Gehäuseteile: Zähler 1 kohm clk Koppelzange G Massefläche Burst Generator
25 Burst: Versuchsaufbau Geschirmtes Kabel mit Stopfbüchse kontaktiert, getrennte Gehäuseteile: Zähler C SCHIRM-LITZE 1 kohm clk Koppelzange C ZANGE I BURST G C PARASIT C PARASIT C PARASIT L VERBINDUNG (SAUSCHWANZ) Burst Generator
26 Burst: Versuchsaufbau Geschirmtes Kabel mit Stopfbüchse kontaktiert: Zähler 1 kohm clk Koppelzange G Massefläche Burst Generator
27 Burst: Versuchsaufbau Geschirmtes Kabel mit Stopfbüchse kontaktiert: Zähler 1 kohm clk Koppelzange C ZANGE I BURST G C PARASIT C PARASIT Burst Generator
28 Programm Montena emc Einführung zu Burst und Surge Burst: Störsignal und Testaufbau Burst: Störströme und Schutzelemente Burst: Versuchsaufbau Surge: Störsignal und Testaufbau Surge : Störströme und Schutzelemente
29 Surge: Störsignal Induktive Einkopplung des Blitz-Stromes in eine Masche im Gebäude. M i BLITZ u i INDUZIERT
30 Surge: Störsignal Alternativer Strompfad zu i ERDE durch die Hausverdrahtung und die Geräte. u 3x 400VAC u u Distanz i ERDE i ALTERNATIV Telefon- Leitung
31 Surge: Störsignal Nachbildung der wirklichen Situation durch den Normimpuls gemäss EN : Spannungsimpuls 1.2/50 µs (T 1 /T 2 ) U PEAK : 500 V 4 kv Einkopplung : Gleichtakt und Gegentakt Generatorimpedanz : 2 Ω L-L/N 12 Ω L/N-PE 2 Ω PE Kabelschirm 42 Ω andere
32 Surge: Impulsform 1.2/50µs Spannungsverlauf: Spektrum: Burst u(t) Surge u(t) Burst Surge V V/Hz E+0 1E+3 1E+6 1E+9 µs Hz Art: transiente Störgrösse Angewendete Prüfpegel bei der Normenprüfung: kv
33 Programm Montena emc Einführung zu Burst und Surge Burst: Störsignal und Testaufbau Burst: Störströme und Schutzelemente Burst: Versuchsaufbau Surge: Störsignal und Testaufbau Surge : Störströme und Schutzelemente
34 Schutzmassnahmen auf Leiterplatten Prinzip: Den Störstrom mittels Entkoppelelementen in der Ein-/Ausgangszone ableiten. Kabel 1 (Speisung) i STÖR1 i STÖR2 i STÖR3 Kabel 2 (Signal) i STÖR3a Kabel 3 (Signal) i STÖR1 a) Suppresor / Varistor b) Kontaktierungsfläche für die Massung des Gehäuses c) Kabelschirm auf Masse i STÖR2 i STÖR3 i STÖR3a i STÖR3b GND Speisungs- Zone Elektronik- Zone Ein-/Ausgangs- Zone i STÖR3b Befestigungsloch mit Ausschnitt in der Massefläche Massefläche ohne Unterbruch
35 Surge-Schutzelemente auf Leiterplatten Elemente zur Ableitung des Surge-Impulses auf die Koppelfläche (Gehäuse und/oder Massefläche) : Kabelschirm Transient Voltage Suppressor richtige Wahl der Leistungsaufnahme Varistoren (Monoblock, Keramik Multilayer) mit dem Alter zunehmender Leckstrom Gasableiter und Funkenstrecken Überspannungen z.t. über 1kV Folgestrom bei Speisespannungen U>70V Verschiedene Hersteller mit z.t. eigenen Produktenamen. Verschiedene Bauformen.
36 Leiterplattendesign bezüglich Burst und Surge. Fachvortrag 23. März 2010 André Trabold montena emc ag Route de Montena 75 CH Rossens Tel Fax office.emc@montena.com
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