Membraanschakelaars worden onder meer in de medische en industriële wereld veelvuldig toegepast. Dankzij het stof- en waterdichte membraan zijn de schakelaars geschikt voor gebruik onder omstandigheden waar andere typen schakelaars niet voldoen. Het is belangrijk dat de schakelaar perfect wordt afgestemd op de applicatie en de omgeving. Eén van de criteria is de EMC-norm, die de mate van elektromagnetische compatibiliteit aangeeft. SCHURTER Electronics is gespecialiseerd in het op maat integreren van membraanschakelaars in toepassingen, die voldoen aan de geldende EMC-richtlijnen.

Tekst: Paul Berning, Product Development Engineer SCHURTER Electronics B.V.

 

Membraanschakelaars en hun invloed op EMC

Omdat de membraanschakelaar vaak aan de buitenkant van de behuizing van het product wordt geplaatst, functioneert deze als een antenne die radiofrequente energie (RF-energie) van de buitenwereld naar de elektronica in het product doorgeeft. De mate van emissie en de immuniteit voor storingen zijn vastgelegd in CE-normen. Vanuit het EMC-perspectief kan het product gezien worden zoals in het onderstaande diagram:

In de optimale situatie is de behuizing van metaal (geaard) en heeft deze een screeningsfunctie voor uitgestraalde RF-storingen.

 

EMC immuniteit

De RF-energie, die bij aanraking wordt doorgegeven aan de membraanschakelaars, kan via de aansluitkabels naar elektronische schakelingen in het product worden getransporteerd. Andersom kunnen stoorsignalen binnenin het product via dezelfde kabels naar de membraanschakelaars worden getransporteerd, waarna ze worden uitgestraald naar de omgeving. Door een common mode filter te plaatsen op alle geleiders die naar de membraanschakelaars gaan, worden deze stromen ‘geblokkeerd’. Een voorbeeld is te zien in het onderstaande diagram:

Het filter dient zodanig te zijn ontworpen dat het effectief is binnen een vooraf bepaald frequentiegebied. Dit is veelal product-specifiek.

Omdat membraanschakelaars zijn opgebouwd uit gelamineerde materialen, is het ook mogelijk een afschermlaag aan het ontwerp toe te voegen. Dit kan de ontvangst en uitstraling van ongewenste RF-energie verminderen. Dit scherm heeft echter één of meer specifieke verbindingen met een aarding of behuizing nodig om optimaal te presteren.

ESD immuniteit

Naast immuniteit voor RF-storingen moeten membraanschakelaars bestand zijn tegen hoge elektrische spanning als gevolg van statische ontlading of ESD (Electro Static Discharge). Als een dergelijke schakelaar door een vinger wordt bediend, kan een statische lading (soms tot 15kV!) een ontlading veroorzaken. In zo’n geval kan een korte en hoge stroom (spike) gevoelige elektronica binnen in het product bereiken. Dit kan leiden tot een storing of zelfs blijvende schade.

Storing of schade door ESD kan op twee manieren worden voorkomen: door elektrische lading te vermijden of, in het geval dat tóch een ESD optreedt, door de elektrische lading direct weg te leiden van kwetsbare circuits. Dat laatste is mogelijk door gebruik te maken van een soort beveiligingsscherm (guard). Deze afscherming moet dan wel met behulp van één of meer aparte geleiders doorverbonden zijn met bijvoorbeeld een veiligheidsaarde of metalen chassis.

 

EMC-assistentie door SCHURTER

SCHURTER ontwerpt en ontwikkelt in eigen huis specifieke membraanschakelaar-toepassingen voor opdrachtgevers in uiteenlopende markten. SCHURTER assisteert klanten bij het optimaliseren van hun ontwerp, zodat de uiteindelijke toepassing voldoet aan geldende EMC-eisen. Het engineeringlab van SCHURTER beschikt over eigen EMC-testinstrumenten om pré-compliance tests uit te voeren tijdens de ontwerpfase en bij de eerste prototypes. Een succesvolle pré-compliance test biedt een goede indicatie van de officiële CE-keuring.