EMV-Messtechnik

Wenn der Prüfling den EMV-Test nicht besteht

14.02.14 | Autor / Redakteur: Jörg Hacker * / Hendrik Härter

Bild 2: Messaufbau Bursttest an der Norm angelehnt.
Bild 2: Messaufbau Bursttest an der Norm angelehnt. (Langer EMV)

Normgerechte Messaufbauten lassen wenig Spielraum, tiefgründig Fehler zu analysieren. Am Beispiel der Störfestigkeitsmessung stellen wir verschiedene Messvarianten vor.

Besteht ein Prüfling den EMV-Test im Prüflabor nicht, muss anschließend der Entwickler Ursachenforschung betreiben. Meist ergeben sich dabei Änderungen am Prüfling, die zunächst erarbeitet und nachher auf ihre Wirksamkeit hin geprüft werden müssen. Dafür sind viele Messungen notwendig, die der Entwickler am besten an seinem Arbeitsplatz durchführt. Regelmäßig treten dabei Fragen auf: Wie realistisch ist der Messaufbau, werden die angeschlossenen Messgeräte gestört oder gar beschädigt, werden sich die getroffenen Gegenmaßnahmen in der Praxis als ebenso wirksam erweisen wie im Versuch?

Bei entwicklungsbegleitenden Messungen wird zumeist das ungefähre Ergebnis einer Prüfung nach Norm angestrebt. Der Entwickler versucht, das bei der Prüfung nach Norm aufgetretene Fehlerbild zu reproduzieren. Dabei hält er sich soweit wie möglich an den normgerechten Prüfaufbau. Eine effektive Fehlersuche erfordert jedoch entwicklungsbegleitende Messungen, für die sich andere Messaufbauten weit besser eignen. Nachfolgend sollen am Beispiel der Störfestigkeit verschiedene Varianten vorgestellt und ihre Besonderheiten erläutert werden.

Die Signale beim Normaufbau messen

Formel 1
Formel 1

Für eine effektive Entstörung ist es notwendig, das EMV-Verhalten des Prüflings zu verstehen. Neben der genauen Analyse des Fehlerbildes müssen dazu Signale im Prüfling während der Tests oszillografiert werden. Die großen Spannungsdifferenzen, die bei praxisnahem Aufbau oder Aufbau nach Norm entstehen, machen eine unmittelbare Messung mit Oszilloskop jedoch unmöglich: Die GND-Verbindung von Prüfling und Oszilloskop am Arbeitsplatz des Entwicklers führt zu gänzlich anderen Umgebungsbedingungen für den Prüfling.

Formel 2
Formel 2

Aber auch Differenztastköpfe eignen sich normalerweise nicht. Ursache ist die parasitäre Kapazität dieser Tastköpfe: Bei einer eingekoppelten Burstspannung von 2 kV ergibt sich nach Formel 1 ein Strom wie in Formel 2 dargestellt. Dieser Strom fließt durch den Einfluss der parasitären Kapazität des Tastkopfes zum Oszilloskop. Nicht nur das Signal wird dadurch gestört – auch der Strom fließt zusätzlich zum eigentlichen Störstrom durch den Prüfling und beeinflusst dessen Verhalten. Daher ist für solche Messungen eine Entkopplung über optische Systeme zwingend.

Optische Übertragungsstrecken

  • ermöglichen fehlerfreie Signalübertragung zur Beobachtung des Prüflings
  • verhindern eine Beeinflussung des Messgerätes (Oszilloskop)
  • gestatten Messungen ohne störende Einflüsse durch zusätzliche Kabel
  • ermöglichen Messungen über Potentialunterschiede hinweg
  • (Messung auf 230 V, bei Hochspannung, potenzialfrei)

Messaufbauten zur Störfestigkeitsmessung

Eine tiefergehende Analyse der Fehlerursache ist mit dem genormten Messaufbau kaum möglich bzw. nicht effektiv. Daher sollten immer an das jeweilige Problem angepasste Aufbauten genutzt werden, um in Abhängigkeit vom Prüfling wie Größe, Kabelanzahl oder Gehäusematerial und von der Störgröße (HF, Burst, ESD) sowohl reproduzierbar einkoppeln als auch fehlerfrei messen zu können. Ein entscheidendes Kriterium für den Messaufbau ist, genau den gesuchten Funktionsfehler im Prüfling hervorzurufen. Dazu muss gegebenenfalls der Messaufbau mehrfach optimiert werden. Oft entdeckt der Entwickler dabei neue Fehlerbilder, die beim Normtest nicht auftraten. Diese sind zunächst nicht relevant. Natürlich ist in jedem Fall zu prüfen, ob beim Anwender des Produktes diese Fehler auftreten könnten und durch entsprechende Verbesserungen die Zuverlässigkeit des Produktes erhöht werden kann.

Als Basis für den Messaufbau wird eine zusätzliche große Metallfläche eingeführt, die größer ist als der Prüfling selbst und als Massefläche genutzt wird. Der Masseanschluss des ESD-Generators wird an die Fläche angeschlossen. Ebenso sind alle an den Prüfling angeschlossenen Kabel unmittelbar am Prüfling mit der Massefläche verbunden. Optimal wäre hier eine galvanische Verbindung. Praktisch ist das jedoch nur in wenigen Fällen möglich. Meist können die Kabel ersatzweise nur kapazitiv verbunden werden. Das Fixieren der Kabel über eine längere Strecke mit Klebeband auf der Metallplatte ist normalerweise ausreichend.

Die Störwirkung des ESD-Generators in Bild 3 konzentriert sich durch diesen Aufbau auf den kleinen Bereich des Prüflings und seine unmittelbare Umgebung. Geräte in der Nähe des Messplatzes werden deutlich weniger gestört. Gleichzeitig wird der Einfluss von Kabellage und Länge reduziert. Möglicherweise wird das Oszilloskop trotzdem noch beeinflusst. Abhilfe schafft ein Schirmzelt. Es besteht aus leitfähigem Gewebe über einer Grundplatte aus Edelstahl. Für Stromversorgung, USB-Anschluss und weitere Signale sind gefilterte Durchführungen in der Grundplatte integriert. Im Idealfall wird das Oszilloskop über USB per Software gesteuert. Das gestattet eine vollständige Schirmung durch das komplette Schließen des Schirmzeltes (auch von der Vorderseite) und eine damit perfekte Messung.

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