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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik EMV Abstrahlung eines Elektromagneten


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Autor: pit (Gast)
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Hallo zusammen,

ich verwende einen uC, welcher über einen Transistor eine 
Spule(Elektromagnet) schaltet. Es fliessen 60mA durch die Spule. Die 
Spule wird ca. alle 500ms für 3ms eingeschalten.

Lässt sich aus diesen Angaben abschätzen ob meine Schaltung bei einer 
EMV Prüfung bezüglich der Abstralung durchfallen würde?

Es handelt sich um kein spezielles Gerät (Medizinprodukt oder 
ähnliches).

: Verschoben durch Moderator
Autor: Michael B. (laberkopp)
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pit schrieb:
> Lässt sich aus diesen Angaben abschätzen ob meine Schaltung bei einer
> EMV Prüfung bezüglich der Abstralung durchfallen würde?

Das einschalten ist auf Grund der Spuleninduktivität nie das Problem, 
und der eingeschaltete Zustand auf Grund der Frequenz der 
'elektro'magnetischen Feldes von quasi 0Hz (unter 6kHz EMV irrelevant, 
oder waren es 9kHz?) auch nicht, nur beim Abschalten kann es Störimpulse 
geben wenn eine Freilaufdiode fehlt und die Spannungen rapide hoch 
ansteigt.

Einerseits wirst du aber eine Freilaufdiode haben, andererseits wird so 
eine Spule eine hohe Windungskapazität haben, so daß auch der 
Spannungsanstieg gebremst ist, ausserdem erfolgt er nicht oft genug.

Da du vermutlich mit MOSFET schaltest, kann ein Gate-Vorwiderstand auch 
zu langsamerem Umschalten genutzt werden (bestenfalls entsteht dann gar 
keine Gegeninduktionsspannug weil das Abschalten genau so langsam ist 
daß die Spueleneergie im MOSFET landet), so lange der MOSFET die dabei 
anfallende Verlustleistung verträgt, aber 60mA klingt nicht nach zu 
viel.

Würde man die Spule über Relaiskontakte schalten, gibt es Abreissfunken 
und die könnten ein Problem sein, die sollte man dann per Snubber 
bekämpfen.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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pit schrieb:
> Lässt sich aus diesen Angaben abschätzen ob meine Schaltung bei einer
> EMV Prüfung bezüglich der Abstralung durchfallen würde?
Nein. Probleme kommen selten von den einzelnen Komponenten, sondern 
meist vom Aufbau.

Das eigentliche Problem an diesem Design könnte z.B. der unbekannte uC 
sein, der Störungen abstrahlt, weil er schlecht geblockt oder das Layout 
vermurkst ist.

Wie ist der Magnet an die Schaltung angeschlossen? Direkt auf der 
Platine? Mit 5cm Leitung? Oder ist der 2m entfernt?

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: pit (Gast)
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Hi,

vielen Dank für die schnellen Antworten. Ich weiss so ca. woher eine 
solche Astrahlung entstehen kann, aber einfach nicht wie hoch diese sein 
muss um zu Problemen bei einer EMV Prüfung zu führen.

Michael B. schrieb:
> Einerseits wirst du aber eine Freilaufdiode haben

Richtig.

Michael B. schrieb:
> Da du vermutlich mit MOSFET schaltest

Ich schalte mit einem Transistor (PN2222). Ich habe keinerlei 
Anforderungen an die Schaltgeschwindigkeit.

Lothar M. schrieb:
> Das eigentliche Problem an diesem Design könnte z.B. der unbekannte uC
> sein, der Störungen abstrahlt, weil er schlecht geblockt oder das Layout
> vermurkst ist.

Ich verwende einen PIC10F200 @ 500kHz. Kann ich eine Schaltung so 
schlecht aufbauen, dass diese bei einer EMV Prüfung (Emission) 
durchfallen könnte? Mein PCB hat eine Lage, so viel kann man da doch 
nicht falsch machen oder?

Autor: pit (Gast)
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Lothar M. schrieb:
> Wie ist der Magnet an die Schaltung angeschlossen? Direkt auf der
> Platine? Mit 5cm Leitung? Oder ist der 2m entfernt?

Der Magnet ist über 2 Kabel, eventuell 2cm lang, an der Platine verlötet 
und ca. 5mm von der Platine entfernt.

Autor: pit (Gast)
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Die Grösse des PCB ist ca. 10x10mm. Der Magnet ist ca. 8x8mm gross, 60 
Ohm. Betriebsspannung 3.7V über Li-ion Akku.

Autor: Forist (Gast)
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pit schrieb:
> EMV Abstrahlung eines Elektromagneten

Was für ein BOCKMIST.

Elektromagnetische Verträglichkei ist nichts, was irgendwie abgestrahlt 
werden könnte. Sonst könnte man in jeden Aufbau, der eventuell 
elektromaghische Störungen absondert, einfach einen EMV-Generator mit 
einbauen, der dann für Verträglichkeit sorgt.

Autor: pit (Gast)
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Forist schrieb:
> Was für ein BOCKMIST.

Es fehlt einfach der Bindestrich, EMV-Abstrahlung...

Bitte nicht so eng sehen, als Gast kann ich hier nichts editieren. Von 
den bisherigen Antworten kann ich aber ableiten, dass ich trotz des 
BOCKMISTs gut verstanden wurde.

Autor: GB (Gast)
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pit schrieb:
> Ich schalte mit einem Transistor (PN2222). Ich habe keinerlei
> Anforderungen an die Schaltgeschwindigkeit.

Vorwiderstand vor die Basis und Basis mit C nach GND schalten -> Ein/ 
und Ausschalten geht langsamer => weniger Störungen.

pit schrieb:
> Ich verwende einen PIC10F200 @ 500kHz. Kann ich eine Schaltung so
> schlecht aufbauen, dass diese bei einer EMV Prüfung (Emission)
> durchfallen könnte? Mein PCB hat eine Lage, so viel kann man da doch
> nicht falsch machen oder?

Wenn du +Ub direkt am uC auf kürzestem Weg gegen seinen GND-Anschluss 
geblockt hast (ca. 100nF), ist das schon mal die halbe Miete.

Autor: HildeK (Gast)
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pit schrieb:
> Ich verwende einen PIC10F200 @ 500kHz. Kann ich eine Schaltung so
> schlecht aufbauen, dass diese bei einer EMV Prüfung (Emission)
> durchfallen könnte? Mein PCB hat eine Lage, so viel kann man da doch
> nicht falsch machen oder?

Aber sicher!
- eine Lage ist schon mal suboptimal. Eine zweite mit GND wäre äußerst 
hilfreich.
- Abblocken ist schon genannt worden
- Wie sieht es mit dem Gehäuse aus?
- Leitungen nach außerhalb des Gehäuses können als Antennen wirken
- der Aufbau der Leiterplatte hat auch erheblichen Einfluss. Passen die 
Leitungslängen zu den auftretenden Frequenzen (auch die Harmonischen), 
so dass sie als Antenne wirken können?
- die Grundfrequenz des Prozessors ist nicht sooo entscheidend, er ist 
sicher in einer Technologie gebaut, die wesentlich schneller sein kann 
und da sind die schnellen Schaltflanken das Entscheidende. Selbst ohne 
große äußere Beschaltung sind über dem Prozessorgehäuse Abstrahlungen zu 
messen.

Autor: pit (Gast)
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Danke GB und  HildeK, sehr gute Beiträge.

@GB deine Tipps sind auch hilfreich um die Störfestigkeit gegenüber HF 
zu erhöhen oder?

Muss ich bezüglich den unbenutzten Pins des uC noch etwas beachten?

@HaldeK, ich weiss, mehrere Layer wären besser, aber das ist immer eine 
Kostenfrage.


Ich habe mir eigentlich eine einfache Antwort erwartet. Sowas wie: 
"Diese einfache Schaltung kommt sicherlich durch eine EMV Prüfung." Ich 
sehe, so einfach ist es nicht.

Muss also jedes  elektrische Gerät welches gewerblich verkauft werden 
soll auf EMV geprüft werden? Egal wie simpel? Weil man ja nie weiss, ob 
ein kleiner uC bereits HF Störungen verursachen könnte?

Autor: Mark S. (voltwide)
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pit schrieb:
> Egal wie simpel?

Wenn das Gerät simpel ist, ist die Erklärung eben simpel, ggfs 
Eigenerklärung ohne Labormessung.

Autor: 123456789 (Gast)
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pit schrieb:
> Muss ich bezüglich den unbenutzten Pins des uC noch etwas beachten?

Steht im Datenblatt (Zumindest bei den AVRs). Entweder low auf Ausgang 
legen oder als Input konfigurieren und Pullup aktivieren. Je nach 
Architektur gibts noch zusätzliche Sachen zu beachten.

Autor: HildeK (Gast)
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pit schrieb:
> @HaldeK, ich weiss, mehrere Layer wären besser, aber das ist immer eine
> Kostenfrage.

Klar, aber dann musst du zumindest bei der Leitungsführung drauf achten, 
dass die GND-Rückwege keine Schleifen mit dem Signalhinweg aufbauen, 
dass alles schön kompakt bleibt und auch die GNDs großzügig im 
Querschnitt bleiben.

Aber, ist der Kostenvorteil einer einlagigen gegenüber einer zweilagigen 
Platine so groß?

Autor: Forist (Gast)
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pit schrieb:
> Forist schrieb:
>> Was für ein BOCKMIST.
>
> Es fehlt einfach der Bindestrich, EMV-Abstrahlung...

Was hat das mit einem Bindestrich zu tun. Mit soetwas kann sich die 
Dudenredaktion oder wer-auch-immer beschäftigen.

Es geht um den Unfug, bei einem abstrakten Ding wie Verträglichkeit 
irgendeine Abstahlungsmöglichkeit zu sehen.

Autor: Thomas E. (picalic)
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Forist schrieb:
> Es geht um den Unfug, bei einem abstrakten Ding wie Verträglichkeit
> irgendeine Abstahlungsmöglichkeit zu sehen.

Jeder hat verstanden, worum es dem TO geht und niemand außer Dir glaubt, 
hier soll wirklich "Verträglichkeit abgestrahlt" werden. Deine 
überflüssige Betitelung der Formulierung als "Bockmist" oder "Unfug" ist 
keinen Deut nützlicher, als Belehrungen irgendwelcher 
Rechtschreib-Fanatiker, die sich in einem Technik-Forum über vergessene 
Satzzeichen aufregen.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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pit schrieb:
> Die Grösse des PCB ist ca. 10x10mm. Der Magnet ist ca. 8x8mm gross, 60
> Ohm. Betriebsspannung 3.7V über Li-ion Akku.

Ich sehe da auch bei einseitiger Platine kein EMV Problem. Schalte 
unbenutze Pins aus Ausgang low, lege Leitungen in denen Strom hin und 
derselbe Strom zurück fliesst nahe parallel, kurz sind sie sowieso, den 
Abblockkondensator und die Freilaufdiode hatten wir schon, und alles ist 
gut, du hast ja nicht mal externen Oszillator.

Wenn jetzt nicht noch salamischeibenmässig ein ESP8255 oder RFM12 hinzu 
kommen....

Autor: Forist (Gast)
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Thomas E. schrieb:
> Jeder hat verstanden, worum es dem TO geht ...

Warum schreibt der TO dann nicht EMP, wenn sowieso jedem klar ist - 
einschließlich hoffentlich ihm selbst - was er meint. :-(

Autor: Klaus (Gast)
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HildeK schrieb:
> - die Grundfrequenz des Prozessors ist nicht sooo entscheidend, er ist
> sicher in einer Technologie gebaut, die wesentlich schneller sein kann
> und da sind die schnellen Schaltflanken das Entscheidende. Selbst ohne
> große äußere Beschaltung sind über dem Prozessorgehäuse Abstrahlungen zu
> messen.

Nun, eine Flanke wird man als Funkwelle nicht messen können, höchstens 
die Grundfrequenz und deren Oberwellen. Und es ist richtig, die 
Oberwellen sind stärker, wenn sich das Signal einem Rechteck nähert, die 
Flanken also steiler sind. Nun ist die zehnte Oberwelle der 500kHz 5MHz. 
Die Abstrahlung in der Luft wird aber erst ab 30MHz gemessen. 50MHz wäre 
die 100. Oberwelle, die ist sicher selbst bei einem idealen Rechteck mit 
wirklich steilen Flanken so klein, daß sie nicht aus dem Rauschen kommt.

Taktsignale im zweistelligen MHz Bereich sind da anders. Deren 3. bis 5. 
Oberwelle kommt in einen Bereich, wo die Längen in einer typischen 
Elektronik schon als Antennen wirken. Die sieht man häufig in den 
Messkurven. Die 10. oder noch höhere Oberwellen tauchen da aber auch 
nicht auf.

MfG Klaus

Autor: HildeK (Gast)
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Klaus schrieb:
> 50MHz wäre
> die 100. Oberwelle, die ist sicher selbst bei einem idealen Rechteck mit
> wirklich steilen Flanken so klein, daß sie nicht aus dem Rauschen kommt.

Vor vielen Jahren hatte ich mal einen 10 MHz-Quarzoszillator in TTL 
gebaut incl. einem Teiler /10 und /100. Damit konnte man schön 
feststellen, ob die Skala am UKW-Radio korrekt war! Im 100kHz-Raster.

Autor: Dumdi D. (dumdidum)
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pit schrieb:
> Sowas wie: "Diese einfache Schaltung kommt sicherlich durch eine EMV
> Prüfung." Ich sehe, so einfach ist es nicht.

Vor allem weil das keine einfache Schaltung (aus EMV Sicht) ist. 
Vermutlich ist die Spule der unproblematischte Teil. Z.B. koennte die 
Basis Emitter Strecke bei Dir HF demodulieren, ob das jetzt schlimm 
waere haengt vom.Rest.des Aufbaus ab. Abstand Abblockkondis ist auch 
wichtig.

Autor: pit (Gast)
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Vielen Dank für eure Meinungen. Finde es super, in diesem Forum so 
einfach an sehr hilfreiche Antworten zu kommen!!!

Erfahrungen sind eben sehr wertvoll, man kann sie dann noch immer mit 
mehrseitigen Normen kombinieren :)

Autor: Dussel (Gast)
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Du kannst ja mal simulieren. Ich habe eben auf die Schnelle mal einen 
Abwärtswandler simuliert und bekomme bei 500 mA Spulenstrom sehr kurze 
Spitzen von bis zu 15A.
Gerade in dem Bereich bin ich mit Simulationen vorsichtig, aber man kann 
zumindest versuchen nachzuvollziehen, ob das ein reales oder nur ein 
Simulationsproblem ist.

Autor: Klaus (Gast)
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Dussel schrieb:
> 500 mA Spulenstrom sehr kurze Spitzen von bis zu 15A.

Aber nur bei einer Supraleitenden Spule ohne Windungskapazität, bei 
Leiterbahnen ohne Widerstand und Induktivität und einer Versorgung mit 
Innenwiderstand 0.

MfG Klaus

Autor: HildeK (Gast)
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Dussel schrieb:
> Gerade in dem Bereich bin ich mit Simulationen vorsichtig, aber man kann
> zumindest versuchen nachzuvollziehen, ob das ein reales oder nur ein
> Simulationsproblem ist.

Ich tippe eher auf ein Simulationsartefakt. Dort sind immer kleine, 
parasitäre und ideal angenommene Cs mit berücksichtigt, die manchmal 
zunächst unerklärliche Spitzen fabrizieren.

Autor: Dussel (Gast)
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HildeK schrieb:
> Dussel schrieb:
>> Gerade in dem Bereich bin ich mit Simulationen vorsichtig, aber man kann
>> zumindest versuchen nachzuvollziehen, ob das ein reales oder nur ein
>> Simulationsproblem ist.
>
> Ich tippe eher auf ein Simulationsartefakt. Dort sind immer kleine,
> parasitäre und ideal angenommene Cs mit berücksichtigt, die manchmal
> zunächst unerklärliche Spitzen fabrizieren.
In meinem Fall mache ich mich bei Gelegenheit auf die Suche. Das war nur 
ein allgemeiner Vorschlag. Aber da könnten dann so interessante 
Erkenntnisse kommen, wie dass eine Diode nicht immer sofort sperrt. Wenn 
man sich vorher immer nur theoretisch damit beschäftigt hat, ist sowas 
eine nützliche Erkenntnis.

Autor: Dussel (Gast)
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Nebenbei, weil es mich gerade doch interessiert hat: Die Stromspitzen 
fließen durch die Spannungsquelle, die den FET ansteuert. Wahrscheinlich 
über die Gate-Source-Kapazität. Das ist also erstmal kein 
Simulationsartefakt.

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