View
229
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Elektromagnetische Verträglichkeit
von Beleuchtungseinrichtungen
EMV-Entstördrosseln für die Lichttechnik
Application Note
Bild 1: Grenzwerte mit unentstörten Harmonischen eines Festfrequenz-Schaltreglers
[dBµV]
100
80
60
40
20
0
0.01 0.1 1 10 100
Frequenz [MHz]
EN 55015, leistungsgebundene Stör-Strahlung
CE-Kennzeichnung und Konformitätserklärung
Im Zuge der Durchsetzung der EMV-Richtlinie wurde auch für die Lichttech-
nik mit einer Harmonisierung der Normen sichergestellt, dass im europäi-
schen Binnenraum hinsichtlich der EMV (elektromagnetische Verträglichkeit)
eine einheitliche Bewertung erfolgt. Leuchten und Leuchtenzubehör dürfen
nur dann in der EU in Verkehr gebracht werden, wenn der Hersteller oder
sein Vertreter dies durch eine entsprechende Konformitätserklärung bestä-
tigt. Hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit und der Störfestig-
keit gelten dafür eigene Standards, die von den Normen für Haushalt und
Industrie in einigen Punkten abweichen.
EN 55015
Die Norm gilt für alle Beleuchtungseinrichtungen und deren Zubehör.
Ausgenommen sind Einrichtungen, die in ISM-Frequenzbändern (Industrial,
Scientific, Medical) arbeiten, Lichttechnik in Flugzeugen, Flughäfen oder
anderen ausdrücklich ausgenommenen Geräten. Für alle anderen Beleuch-
tungseinrichtungen sind die Grenzwerte für die leistungsgebundene und
die abgestrahlte Störaussendung hier festgelegt.
Der Beschluss der EU, die
Glühbirne bis 2012 endgültig
abzuschaffen, die Fortschritte
bei der Leuchtkraft von Leucht-
dioden (LED) oder die Weiterent-
wicklungen bei Nieder- und
Hochdruck-Entladungslampen
führen zu einer starken Zunah-
me von Elektronikbaugruppen
in der Lichttechnik.
2
Oberschwingungsordnung Zulässiger Höchstwert des Zulässiger Höchstwert des
Oberschwingungsstromes Oberschwingungsstromes [A]
[n] je W [mA/W] [A]
3 3,4 2,3
5 1,9 1,14
7 1,0 0,77
9 0,5 0,040
11 0,35 0.,33
13–39 3,85/n 0.15 × 15/n
Tabelle 1
Leitungsgebundene Störaussendungen
Für den Netzanschluss gelten folgende Grenzwerte:
Zwischen 9 kHz und 50 kHz ist ein Quasi-Peak (QP) von 110 dBμV zulässig. Ab
50 kHz bis 150 kHz verläuft der Grenzwert linear mit dem Logarithmus der
Frequenz von 90 auf 80 dBμV. Ab 150 kHz entsprechen die Limits für QP und
Average (AV) der Fachgrundnorm Störaussendung für Wohnbereich,
Geschäfts- und Gewerbebereich sowie Kleinbetriebe EN 61000-6-3.
Da die Elektronik und die Leuchtmittel nicht immer eine Einheit bilden und
somit auch Störaussendungen durch das Kabel zum Leuchtmittel entstehen
können, sind für die Lampenanschlüsse ebenfalls Grenzwerte vorgeschrie-
ben. Diese betragen QP (AV) 80 (70) dBμV von 150 bis 500 kHz und QP (AV)
74 (64) dBμV von 0,5 bis 30 MHz. Aufbau und Test mit einer Lastnachbildung
des Leuchtmittels sind ebenfalls beschrieben. Für Steuereingänge sind
Grenzwerte definiert, falls die Elektronik darüber verfügt.
Abgestrahlte Störaussendungen
Für die feldgebundene Störstrahlung gilt zwischen 30 MHz und 230 MHz ein
QP-Grenzwert von 30 dB (μV/m) und von 230 bis 300 MHz von 37 dB (μV/m)
bei einer Messentfernung von 10 m.
EN 61000-3-2
In dieser Norm sind die zulässigen Oberschwingungsströme für Geräte mit
einem Eingangsstrom von bis zu 16 A je Leiter beschrieben. Beleuchtungs-
einrichtungen und deren Zubehör fallen in die Klasse C.
Bis zu einer Eingangswirkleistung von 25 W gelten für Beleuchtungseinrich-
tungen für Entladungslampen die moderaten Grenzwerte, die ohne Korrek-
tur des Leistungsfaktors erreicht werden können (Tabelle 1). Für alle anderen
Beleuchtungseinrichtungen (z. B. LED-Lampen, Zünd- und Startgeräte) sind
bis 25W keine Grenzwerte für Oberschwingungen vorgeschrieben.
Alternativ zu den Grenzwerten von Tabelle 1 genügt es auch, wenn der
Oberschwingungsstrom 3. Ordnung 86% und der Oberschwingungsstrom
5. Ordnung 61% des Grundschwingungsstromes nicht überschreiten, die
Stromflussdauer mindestens von 60° bis 90° geht und der Spitzenwert vor
oder bei 65° erreicht wird.
3
Tabelle 2: * λ ist der Leistungsfaktor der Schaltung
Oberschwingungsordnung Zulässiger Höchstwert des
Oberschwingungsstromes in Prozent des
Grundschwingungseingangsstromes [%]
2 2
3 30 λ *
5 10
7 7
9 5
11–39 3
Für Einrichtungen mit einer Eingangswirkleistung von > 25 W gelten folgen-
de Werte:
Die Norm erlaubt den Einsatz mehrerer Betriebsgeräte mit < 25 W in einer
Leuchte mit den Grenzwerten für < 25 W.
EN 61000-3-3
Diese Norm beschreibt die Grenzwerte für Spannungsschwankungen und
Flicker in Niederspannungsnetzen bis zu 16 A je Leiter. Für Lampen gelten
keine Grenzwerte. Leuchten mit Glühlampen bis 1000 W Bemessungsleis-
tung und Leuchten mit Entladungslampen bis 600 W Bemessungsleistung
müssen nicht geprüft werden.
EN 61547
Hier sind die Störfestigkeitsanforderungen für Einrichtungen für allgemeine
Beleuchtungszwecke festgelegt. Für die Tests wie elektrostatische
Entladung, HF-EM-Feld, NF-EM-Feld, Burst, Surge, Spannungseinbrüche wird
auf die entsprechenden Fachgrundnormen EN 61000-4-x verwiesen und der
Schärfegrad der Prüfungen sowie die Kriterien für die verschiedenen Arten
von Beleuchtungseinrichtungen (z. B. Startergeräte, Entladungslampen,
Notbeleuchtungen) werden individuell festgelegt.
EMV-Filter in der Lichttechnik
Ziel der Entstörmassnahme ist es, die Ausbreitung der in der Elektronik
erzeugten Störströme zu vermeiden. Leitungsgebundene Störungen
breiten sich in erster Linie über die Netzleitung und die Leitung zum Leucht-
mittel aus. Bei Beleuchtungseinrichtungen grösserer Leistung ist der Einsatz
von IEC-Steckerfiltern oder Einphasen-EMV-Filtern auf der Netzseite möglich.
Bild 2: Blockschaltbild mit EMV-Filter
4
Netz EMV-Filter Gleichrichter
Leistungs-elektronik
EMV-Filter Last
Leuchtmittel
Bild 4: Typische Anordnung eines Netzfilters
Bei kleineren Leistungen ist die Integration des Filters auf der Leiterplatte mit
Hilfe von stromkompensierten Drosseln empfehlenswert. Die RN-Serie
ermöglicht durch den Einsatz von Ringkernen den Aufbau von EMV-Filtern
mit hoher Leistungsdichte, hat eine hohe Sättigungsfestigkeit sowie ein
ausgezeichnetes thermisches Verhalten.
Durch den geschlossenen Ringkern und die kompakte Bauform des
Magnetkreises sind RN-Drosseln weniger empfindlich gegen elektromagne-
tische Verkopplungen als andere Bauformen.
Auslegung eines Netzfilters für die Lichttechnik
Anhand eines typischen Netzfilters sei die Wirkungsweise der Einzelkompo-
nenten kurz erklärt. Ein Ausbreitungsweg für Störungen sind parasitäre
Kapazitäten der Störquelle gegen Erde. Typisches Beispiel hierfür bei
leistungselektronischen Baugruppen ist der Kühlkörper. Die Störströme
fliessen über die parasitäre Kapazität zur Erde und über die Netzleitungen
oder andere Leitungen zur Störquelle zurück. Diese Störung wird als Gleich-
taktstörung (common mode) oder asymmetrische Störung bezeichnet.
Um eine Ausbreitung über die Netzleitung zu vermeiden, bilden die lastseiti-
gen Y-Kondensatoren im Filter eine Störsenke. Gleichzeitig wird die Impe-
danz der Netzleiter durch eine stromkompensierte Drossel erhöht. Bei
kleinen Leistungen, geringer parasitärer Kapazität gegen Erde oder hohen
Anforderungen an die Ableitströme wie in der Medizintechnik kann auf die
Entstörung mit Y-Kondensatoren auch verzichtet werden.
Der zweite Weg der Ausbreitung von Störungen ist die Gegentaktstörung
(differential mode) oder symmetrische Störung. Typische Quelle dafür ist der
Spannungsrippel, den der Schaltvorgang und Impedanzen der zur Störquel-
le parallelen Bauelemente wie Kondensatoren und deren Leiterbahnen zu
den Anschlüssen verursachen.
Bild 3: Stromkompensierte Ringkern-Drosseln von Schaffner von 0,3 bis 10 A
5
P
N
PE
Line
Cx-1 R L Cx-2 Cy
Cy
Load
P‘
N‘
Bild 5:Netznachbildung mit Impedanzverlauf
Bild 6:Dämpfungskurven der Schaffner-RN143-Serie
Diese Gegentaktstörungen breiten sich hauptsächlich über die angeschlos-
senen Netzleitungen P und N zum Netz aus.
Für diese Störströme bildet der lastseitige X-Kondensator (Cx-2) eine Störsen-
ke. Die Kapazität dieses Kondensators bildet im Falle einer lampenseitigen
Induktivität (PFC-Drossel oder Glättungsdrossel) einen ersten Tiefpass und
symmetriert den Störpegel auf beiden Netzleitungen. Die Streuinduktivität
der stromkompensierten Drossel ergibt mit dem netzseitigen Cx-1 einen
weiteren Tiefpass, um das Ausbreiten der symmetrischen Störung zum Netz
hin zu unterdrücken.
In der Regel genügt der Aufbau einer Filterstufe wie in Bild 4 dargestellt. Der
Dämpfungsbedarf ergibt sich aus der Messung der unentstörten Baugruppe
mit der Netznachbildung.
Wie in Bild 1 dargestellt, können die Harmonischen des Schaltvorganges die
zulässigen Grenzwerte der EN 55015 überschreiten. Die Wahl der Schaltfre-
quenz legt die erste, dritte fünfte bis n-te Oberwelle fest. Die EN 55015 lässt
bis 50 kHz 110 dBμV als Limit zu und danach verläuft der Grenzwert linear mit
dem Logarithmus der Frequenz von 90 auf 80 dBμV. Es empfiehlt sich daher
mit der Schaltfrequenz unter 50 kHz zu bleiben.
Wird zum Beispiel mit Berücksichtigung der Bandbreite der Quasi-Peak-
Messung die Schaltfrequenz 48 kHz gewählt, wird unterhalb dieser Frequenz
vom Schaltvorgang keine Störung verursacht. Für die erste Harmonische gilt
somit ein Grenzwert von 110 dBμV, für die dritte Harmonische bei 144 kHz
sind es dann ca. 81 dBμV.
Sind nach der Messung der unentstörten Baugruppe mit dem lastseitigen
X-Kondensator Überscheitungen der Grenzwertkurve aufgetreten, kann
man anhand der Dämpfungskurven der RN-Drosseln (siehe Bild 6) eine
entsprechende Vorauswahl treffen.
Netz 250 uH 50 uH
2 uF 8 uF 0.47 uF
5Ω 50Ω
EMVMessempfänger
60
50
40
30
20
10
0
0.01 0.10 1.00 10.00 [MHz]
[Ω]
70
60
50
40
30
20
10
0
10k 100k 1M 10M
dB
RN 143
6
Testgerät
Der Nennwert des Stromes der Drossel muss für die kleinstmögliche
Netzspannung und den grössten Lastfall und die höchste zulässige Tempera-
tur bei Volllast bemessen werden. Durch die Abstimmung der Resonanzfre-
quenz auf das Spektrum der Schaltvorgänge kann so zum Beispiel mit einer
RN 143-05-02 die dritte Harmonische bei 144 kHz mit gut 70 dB bedämpft
werden, falls dies erforderlich ist. Entscheidend ist aber letztlich die Messung
mit der Netznachbildung.
Stromkompensierte Drosseln für die Last-und Steueranschlüsse
Neben der Verwendung als Netzfilter können stromkompensierte Drosseln
auch für die Entstörung des Lastanschlusses eingesetzt werden. Bei
Vorschaltgeräten mit einer Zündspannung muss diese Höhe zur Nominal-
spannung der Drossel passen.
Bei Steueranschlüssen können RN-Drosseln neben der Unterdrückung der
Ausbreitung von Störungen helfen, die Störfestigkeit zur Erfüllung der Kriteri-
en der Störfestigkeitstests «Schnelle Transienten» (EN 61000-4-4) und «Stoss-
Spannungen/Stoss-Ströme» (EN 61000-4-5) zu verbessern.
RN-Drosseln – bewährte Qualität
Die UL-geprüften RN-Drosseln sind von –40 °C bis +125 °C einsetzbar,
haben eine MBTF von > 4 Mio. Stunden und entsprechen den
Anforderungen zu RoHS und REACH. RN-Drosseln sind durch ein
weltweites Distributions- und Vertriebsnetz überall ab Lager verfügbar:
Lagerbestand
Datenblatt
Mehr Information über EMV
Neben den RN-Drosseln umfasst das Produktespektrum von Schaffner auch
noch weitere Entstör-Bauelemente und Filter wie z. B. die zwei-Kammer-
Drosseln der Baureihe EV/EH oder komplette Filterlösungen für die Leiter-
platte FN402, FN405, FN406, FN409 und FN410.
Einen Gesamtüberblick bietet unser Shortform-Katalog
Mehr Information über die Entstörung von leistungselektronischen
Baugrup-pen liefert unsere EMV-Broschüre Basics in EMC und Power
Quality
Für weitere Informationen besuchen Sie unsere Internetsite
www.schaffner.com oder wenden Sie sich zur individuellen Beratung an
Ihre lokale Schaffner-Niederlassung oder an Ihren nächsten Schaffner-
Partner.
7
07/2
011d
t
Hauptsitz, globales Innovations- und Entwicklungszentrum
Schaffner GroupNordstrasse 114542 Luterbach SchweizT +41 32 681 66 26 F +41 32 681 66 30info@schaffner.chwww.schaffner.com
Verkaufs- und Applikationszentren
ChinaSchaffner EMC Ltd. ShanghaiBuilding 11, Lane 1365East Kangqiao Road Shanghai 201319T +86 21 6813 9855F +86 21 6813 9811cschina@schaffner.comwww.schaffner.com
DeutschlandSchaffner Deutschland GmbHSchoemperlenstrasse 12B76185 KarlsruheT +49 721 56910F +49 721 569110germanysales@schaffner.com
FinnlandSchaffner OyTynninkuja 708700 LohjaT +358 19 35 72 71F +358 19 32 66 10finlandsales@schaffner.com
FrankreichSchaffner EMC S.A.S.112, Quai de Bezons95103 ArgenteuilT +33 1 34 34 30 60F +33 1 39 47 02 28francesales@schaffner.com
ItalienSchaffner EMC S.r.l.Via Galileo Galilei, 4720092 Cinisello Balsamo (MI)T +39 02 66 04 30 45/47F +39 02 61 23 943italysales@schaffner.com
JapanSchaffner EMC K.K.Mitsui-Seimei Sangenjaya Bldg. 7F1-32-12, Kamiuma, Setagaya-kuTokyo 154-0011T +81 3 5712 3650F +81 3 5712 3651japansales@schaffner.comwww.schaffner.jp
SchwedenSchaffner EMC ABTurebergstorg 1, 6 19147 SollentunaT +46 8 5792 1121 / 22F +46 8 92 96 90swedensales@schaffner.com
SchweizSchaffner EMV AGNordstrasse 114542 LuterbachT +41 32 681 66 26F +41 32 681 66 41sales@schaffner.ch
SingapurSchaffner EMC Pte Ltd.Blk 3015A Ubi Road 105-09 Kampong Ubi Industrial EstateT +65 6377 3283F +65 6377 3281singaporesales@schaffner.com
SpanienSchaffner EMC EspañaAntonio BelloCalle Caléndula 93,Miniparc III, EdificioEl Soto de la Moraleja,Alcobendas28109 MadridT +34 618 176 133spainsales@schaffner.com
TaiwanSchaffner EMV Ltd.6th Floor, No 413Rui Guang RoadNeihu DistrictTaipei City 114T +886 2 87525050F +886 2 87518086taiwansales@schaffner.com
ThailandSchaffner EMC Co. Ltd.Northern Region Industrial Estate67 Moo 4 Tambon Ban KlangAmphur Muang P.O. Box 14Lamphun 51000T +66 53 58 11 04F +66 53 58 10 19thailandsales@schaffner.com
UKSchaffner Ltd.5 Ashville WayMolly Millars LaneWokinghamBerkshire RG41 2PLT +44 118 9770070F +44 118 9792969uksales@schaffner.comwww.schaffner.uk.com
USASchaffner EMC Inc.52 Mayfield AvenueEdison, New Jersey 08837T +1 732 225 9533F +1 732 225 4789usasales@schaffner.comwww.schaffner.com/us
Ihre zuständige, lokale Schaffner Niederlassung finden Sie unter
www.schaffner.com
© 2011 Schaffner EMV AG.Änderungen ohne verherige Ankündigung vorbehalten. Die aktuellste Version der Datenblätter ist auf der Website erhältlich. Alle Warenzeichen sind anerkannt.
Schaffner ist ISO-zertifiziert. Die Schaffner Produkte werden gemäss der strengen Anforderungen hinsichtlich Qualität und Umwelt der ISO 9001 und ISO 14001 Richtlinien entwickelt und produziert.
Dieses Dokument wurde sorgfältig geprüft. Schaffner übernimmt jedoch keinerlei Haftung für Fehler oder Irrtümer.
Recommended