EMV-Entstörmaßnahmen
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Teil III EMV-Entstörmaßnahmen Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.1 Überblick Teil III 1. Filterung - zur Unterdrückung der Störspektren auf Leitungen - Störspektrum Nutzsignal muss unterschiedlich vom Störspektrum des Störsignals sein! 2. Schirmung - von Gehäuse und Leitungen 3. Leitungsführung, EMV-gerechtes Layout 4. Überspannungsschutz Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.2 Elementare Filter: Abblockkondensator Filter sind Spannungsteilerschaltungen mit frequenzabhängigem Übersetzungsverhältnis DC- bzw. NF-Nutzsignal HF-Störsignal wenn die Filterdämpfung im Bereich des Nutzsignals klein ist, dann gilt für die Filterdämpfung aF Quelle: Schwab, Elektromagnetische Verträglichkeit Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.3 Elementare Filter: Längsdrossel Bei kleinem HF-Innenwiderstand der Störquelle wird eine Drossel in Reihe geschaltet Quelle: Schwab, Elektromagnetische Verträglichkeit Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.4 Elementare Filter: LC-Kombination LC-Filter als Kombination von Querkapazität (nach Betriebsspannung auslegen!) und Längsdrossel (nach Betriebsstrom auslegen!) Quelle: Schwab, Elektromagnetische Verträglichkeit Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.5 Filterdämpfung / Einfügedämpfung • Die Filterdämpfung ist frequenz- und impedanzabhängig • Sie wird meist als „Einfügedämpfung“ mit identischen und typischen Werten für ZQ und ZE (z.B. 50 Ohm) angegeben Quelle: Schurter Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.6 Einfache Filterstrukturen in Abhängigkeit der Impedanz Quelle: Williams, EMC for Product Designers Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.7 Reale Induktivitäten • Die Impedanz von realen Induktivitäten erhöht sich mit ansteigender Frequenz bis zur Resonanzfrequenz. Oberhalb der Resonanzfrequenz werden die Windungen der Spule durch parasitäre Windungskapazitäten kurzgeschlossen. Quelle: Durcansky, EMV-gerechtes Gerätedesign Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt • Um hohe Resonanzfrequenzen zu realisieren, senkt man die Anzahl der Windungen und fügt einen hochpermeablen Kern ein. - Ferritkerne - Eisenpulverkerne Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.8 Ferritringe, Klappferrite • Ferritringe dämpfen Gleichtaktstörungen • Zur Filterung bis 20 MHz eignen sich Ferritkerne aus MnZn; ab 20 MHz bis 400 MHz verwendet man NiZn Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Quelle: wikipedia Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.9 Stromkompensierte Drossel • Mit stromkompensierten Drosseln lassen sich ebenfalls Gleichtaktstörströme unterdrücken. • Der durch den Nutzstrom erzeugte magnetische Fluss kompensiert sich im Ringkern, so dass der Nutzstrom nicht zur Sättigung des Materials beiträgt. Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Quelle: Sedlbauer AG Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.10 Reale Kapazitäten • Entstörkondensatoren haben die Aufgabe, die Störsignale kurzzuschließen bzw. sie zur Masse abzuleiten. • Die Impedanz von Kapazitäten sinkt mit ansteigender Frequenz bis zur Resonanzfrequenz; oberhalb der Resonanzfrequenz wirken sich die Eigen- und Zuleitungsinduktivitäten Lc negativ aus. Quelle: Durcansky, EMV-gerechtes Gerätedesign Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.11 Durchführungskondensator • Die Eigeninduktivität eines Kondensators hängt ab von - Leitungslänge der Abschlussleitungen - Einbauart - Innerer Aufbau • Eine Sonderbauform ist z.B. der Durchführungskondensator Quelle: elektroniknet.de Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.12 Netzfilter L1 Cx N Stromkompensierte Drossel CY CY PE Quelle: Schwab, Elektromagnetische Verträglichkeit X-Kondensator Y-Kondensator • Unterdrückt symmetrische Störungen • Unterdrückt unsymmetrische Störungen • beliebig hohe Kapazitäten • Ableitstrom nach PE im normalen Betrieb • Unterteilung X1 und X2 (> bzw. <1,2 kV) zwischen 0,75 mA und max. 3,5 mA zulässig, dadurch CY auf einige 1000 pF begrenzt • Besondere elektrische Festigkeit (2,5 - 8 kV) Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.13 Beispiele für Einbaunetzfilter Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.14 Korrekte Filtermontage • Großflächiger niederimpedanter Kontakt des Filtergehäuses • • mit dem Gerätegehäuse Filter möglichst dicht an der Gehäuseeintrittsseite montieren Netzkabel schirmen, Schirm an beiden Seiten großflächig auflegen Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.15 Korrekte Filtermontage (2) Übersprechen Übersprechen Kein Übersprechen Quelle: SIEB & MEYER, EMV-gerechter Geräteaufbau Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.16 Beispiel für Microstrip-Leitungsfilter Serieninduktivitäten Parallelkapazitäten Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.17 Beispiel zur Wirksamkeit Filtereinsatz ohne Filter mit geeignetem Netzfilter Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.18 Schirmung Quelle: WEKA Praxishandbuch, Elektromagnetische Verträglichkeit Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.19 Abschirmung von Senke und Quelle Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.20 Schirmfaktor und Schirmdämpfung Schirmfaktor AE = Eohne Emit AH = Hohne Hmit Schirmdämpfung Eohne aE = 20lg Emit aH = 20lg Hohne Hmit Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.21 Schirmung (quasi)statischer E-Felder • Verschiebung von Ladungen, bis keine tangentialen Kräfte mehr auf • • • Ladungen wirken; E-Feldlinien stehen senkrecht auf Gehäuse Verschobene Ladungen erzeugen Gegenfeld im Inneren der Schirmhülle Gegenfeld und äußeres Feld kompensieren sich Im Inneren Bedingung : Schirmströme müssen ungehindert fließen können (elektrisch leitfähige Hülle ohne Lücken) Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.22 Schirmung statischer H-Felder • Magnetostatische Felder sind NICHT durch elektrisch leitfähige • • Materialien abschirmbar Hochpermeable Werkstoffe notwendig (µr >> 1): „Mu-Metall“, Permalloy (Nickel-/Eisenlegierungen, ggf. Zusatz von Cobalt und Molybdän) Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.23 Schirmung quasistatischer H-Felder Schirm nahezu wirkungslos Minimalanforderung Optimaler Schirm • Elektrisch leitfähige Materialien einsetzbar; magnetische Wechselfelder • • induzieren elektrische Stromdichten, die sekundäre Magnetfelder erzeugen Dies wirken äußerem Magnetfeld entgegen und kompensieren es teilweise Schirmwirkung lebt von induzierten Strömen, deswegen Fugen vermeiden! Quelle: Schwab/Kürner, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.24 Schirmung hochfrequenter EMF • Im hochfrequenten Fall • • dominiert die Reflexion als Hauptabschirmungsmechanismus Doppelte Wirbelverkopplung Zusätzlich Absorptionsverluste in Schirmwand Quelle: WEKA Praxishandbuch, Elektromagnetische Verträglichkeit Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.25 Warum nicht ein Material für alle Frequenzen? • Hochpermeable Materialien haben eine schlechte elektrische Leitfähigkeit • und einen starken Skineffekt Ohmsche Verluste verringern aber die Abschirmwirkung bei hohen Frequenzen Quelle: Rodewald, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.26 Messung der Schirmdämpfung MIL-STD 285, IEEE Std. 299 • Sender und Empfänger auf unterschiedlichen Seiten der Schirmwand • Insbesondere Zugänge (Türen, Mediendurchführungen usw.) abtasten • Oberhalb von 1 MHz 85 dB und mehr Schirmdämpfung erreichbar Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.27 Praktisches Beispiel • Begrenzung der unteren Grenzfrequenz durch Öffnungsgröße Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.28 Problematik: Schirmöffnungen • • • • • Zugangstüren, Verbindung von Gehäuseteilen Belüftung, Klimatisierung Mediendurchführungen (Wasser, Druckluft) Stromzuführungen Signal- und Datenleitungen Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.29 Zugangstüren Quelle: hollandshielding.de Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.30 Verbindung von Gehäuseteilen Eloxierte / lackierte Gehäuseteile haben keinen HF-Kontakt! Kontaktierungsverbesserungen • Federn • Kontaktbänder • metallische Dichtungen Quelle: WEKA Praxishandbuch, Elektromagnetische Verträglichkeit Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.31 Schirmdämpfung reduziert sich bei: • Vergrößerung der Schlitzlänge der Öffnung • Steigender Frequenz des Strahlers • Erhöhung der Anzahl der Öffnungen Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.32 Quelle: WEKA Praxishandbuch, Elektromagnetische Verträglichkeit Belüftung: Gehäuseschlitze Schirmdämpfung und Schlitzlänge • Erfahrungsgemäß sollte eine Öffnung mindestens 20 dB Schirmdämpfung aufweisen • Angaben für 20 dB Schirmdämpfung Quelle: WEKA Praxishandbuch, Elektromagnetische Verträglichkeit Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.33 Orientierung von Gehäuseschlitzen besser schlechter Quelle: Williams, EMC for product designers Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.34 Bessere Lösung: Löcher Schirmströme Schirmausschnitt Rechteckiger Schlitz behindert Schirmströme ⇒ Schirmwirkung schlecht, Gehäuseschlitz wirkt wie Schlitzantenne Große Anzahl kleiner Löcher behindert weniger die Ausbildung der Schirmströme ⇒ Schirmwirkung wesentlich besser ⇒ viele kleine Löcher sind besser als wenige große Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.35 (Waben)Kamine für Mediendurchführung • Eine bessere Schirmdämpfung als durch Lochungen erreicht man mit Kamindurchführungen bzw. Wabenkaminfenstern • Dies sind prinzipiell Hohlleiter unterhalb ihrer cut-off Frequenz Wabenkaminfenster Kamindurchführung Quelle: Schwab, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.36 Sichtfenster • • Ausschnitte an Displayscheiben abschirmend beschichten (Besputtern) Verwendung von Maschendrahtnetzen oder Lochgittern Quelle: dexgo.com Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.37 Elektrische Signale • Elektrische Signale sollten unbedingt über Filter geführt werden Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.38 Quelle: Chr. Adami, Diplomarbeit Uni Duisburg, 2005 Problematik: Hohlraumresonanzen • Bei „zu guter“ Abschirmung können Hohlraumresonanzen auftreten • Diese können die Abschirmung teilweise wieder zunichte machen • Bedämpfung durch Absorbermaterial Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.39 Prinzip Kabelschirmung Ungeschirmtes Kabel Geschirmtes Kabel • Durch die Kabelschirmung sollen externe Störeinkopplungen auf das Kabel (induktiv, kapazitiv, gestrahlt) minimiert werden Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.40 Anbindung des Schirms schlechte Schirmanbindung • Leitungsschirm möglichst niederimpedant mit metallischem Gehäuse verbinden • Schirm immer ganzflächig auflegen, entweder mit Metallschelle oder mit geeignetem Konnektor • Impedanz des „Pigtails“: L ~ 10 nH/cm XL = 2πfL XL = 62,8 Ω bei 500 MHz und 2 cm Länge • gute Schirmanbindung Quelle: Durcansky, EMV-gerechtes Gerätedesign Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Bei schlechter Schirmanbindung ist zusätzlich eine Ein- bzw. Auskopplung von Störsignalen über die Leiterschleife "Schirm – Signalleiter" möglich Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.41 Anbindung des Schirms (2) Niederinduktiver Anschluss (großflächig, umlaufend) Induktiver Anschluss mittels Draht (pigtail) Induktiver Anschluss hinter Schirmwand Nicht bzw. nur kapazitiv angeschlossener Schirm Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.42 Ein- oder beidseitiges Auflegen des Schirms Schirm ist Teil des Betriebsstromkreises → Schirm nur einseitig auflegen (sonst Erdschleifen!) Schirm mit reiner Schirmfunktion → Schirm beidseitig auflegen Quelle: Schwab, Elektromagnetische Verträglichkeit Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.43 Ein- oder beidseitiges Auflegen des Schirms (2) Wenn der Rückstrom nicht über den Schirm fließt … • • Einseitiges Auflegen unterdrückt elektrische Felder Für Abschirmung gegen magnetische Wechselfelder ist beidseitiges Auflegen notwendig! Hierbei jedoch Gefahr der Bildung von Erdschleifen! Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.44 Der Kabelschirm als Kurzschlussmasche • Abschirmung einer „empfindlichen Kurzschlussmasche/ Reduktionsleiter • • Kurzschlussmasche/ Reduktionsleiter Schaltungsmasche“ durch benachbarte niederohmige Kurzschlussmasche In Kurzschlussmasche wird durch ΦM(i1) ein Strom i2 induziert, dessen Fluss ΦL(i2) dem störenden Fluss ΦM(i1) entgegenwirkt und ihn reduziert Dadurch wird der induktive Einfluss von i1 auf die zu schützende Masche reduziert oder sogar kompensiert Quelle: Rodewald, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.45 Weitere Konzepte zur Verbesserung der EMV • • • • • • • Kondensatoren, Spulen, Filter Schirmung Gleichtaktdrossel Trenntransformator Symmetrische Übertragung Spezielle Hinweise zum Leiterplattenlayout Systemische Verbesserungen Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.46 Gleichtaktdrossel • Mit stromkompensierten Drosseln lassen sich Gleichtaktstörströme unterdrücken. • Der durch den Nutzstrom erzeugte magnetische Fluss kompensiert sich im Ringkern, so dass der Nutzstrom nicht zur Sättigung des Materials beiträgt. ~ UStör Gl0 Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.47 Trenntransformator • Auch mit Trenntransformatoren lassen sich Gleichtaktstörströme unterdrücken. • Für das Gleichtaktsignal stellt Trafo einen Leerlauf dar. • Primär- und Sekundärseite sind galvanisch getrennt. • Bei höheren Frequenzen existieren parasitäre Kapazitäten zwischen Primär- und Sekundärwindungen. Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.48 Optokoppler • Auch mit Optokopplern lassen sich Gleichtaktstörströme unterdrücken. • Nur das Gegentaktnutzsignal erzeugt optisches Signal; Gleichtaktsignal sieht Leerlauf. • Bei räumlicher Nähe vermindern parasitäre Kapazitäten die Dämpfung bei hohen Frequenzen; deswegen Abstandserhöhung und Anbindung LWL. Quelle: Gustrau/Kellerbauer, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.49 Symmetrische Übertragung • Gleichtaktstörungen führen nicht zu einer Störspannung an RA, da sich beide Teilspannungen aufheben. • Symmetrische Leitung kann auch verdrillt sein, um Einfluss von externen magnetischen und elektrischen Feldern zu minimieren. Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.50 Verdrillte Leitung • Magnetisches Feld: Fortlaufender Wechsel der Flächennormalen dA; induzierte Spannungen d Ui = − ∫∫ B ⋅ dA dt A heben sich auf. • Elektrisches Feld: Potenzielle Störungen koppeln auf beide Leiter in gleicher Weise ein; keine Wirkung an Last. Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.51 Hinweise zum Leiterplattenlayout Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.52 Leiterplattenwahl: Multilayer Orthogonale Leitungsverlegung auf benachbarten Lagen Bewertung der Lageanordnung bei 4-Lagen-Leiterplatte Quelle: Schwab/Kürner, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.53 Stützkondensator • Der bei schnellen Schaltvorgängen von ICs benötigter Strom erzeugt eine Taktung auf allen anderen Schaltungsteilen (z.B. durch galvanische Kopplung der Versorgungsspannung Ub) • Stützkondensatoren direkt am IC dienen als „örtliche Ladungsreservoir“ und stützt die Versorgungsspannung • Platzierung der Kondensatoren möglichst niederinduktiv ungünstig günstig Quelle: Schwab/Kürner, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.54 Schaltungsmasse • Masseleitungen homogen und niederimpedant ausführen (z.B. als Massefläche bei einer MultilayerPlatine); alternativ Massegitter mit Maschebreite < λ/20 • Fläche unter Oszillatoren und Prozessoren als Schirm ausführen (keine Leitungsführung) digitale Komponenten Spannungsversorgung analoge Komponenten • Trennung der analogen und digitalen Masse (separate Layer); sternförmige Zusammenführung • Räumliche Trennung von analogen und digitalen Schaltkreisen Quelle: Schwab/Kürner, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.55 Reduzierung des Übersprechens • Parallele Leiterführung möglichst vermeiden oder kurz halten • Bei unvermeidbarer Parallelführung kann Schirmleiterbahn eingefügt werden (vgl. Kurzschlussmasche, außerdem Wirkung als elektrischer Schirm zur Reduzierung kapazitiver Kopplungen) • Beschränkung von Flankensteilheit und Taktfrequenz auf das erforderliche Maß Quelle: Schwab/Kürner, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.56 Minimierung von Stromschleifen • Leiterschleifen so klein wie möglich ausführen • Signalleiter dich am Bezugsleiter anordnen (Multilayer) auf Unterseite a) Zur Reduzierung von Leiterschleifen bei Bandleitungen nicht nur ein Bezugsleiter (a), sondern wie (b) mehrere Rückleiter oder (c) eine flächige Masseleitung verwenden. b) c) Quelle: Schwab/Kürner, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.57 Minimierung von Stromschleifen (2) ungünstig günstig Quelle: Schwab/Kürner, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.58 Systemische Entstörmaßnahmen • Modulation: Störunanfällige (robuste) Modulationsverfahren verwenden • Korrelation: Korrelationsverfahren zur Separierung von stochastischen Störsignalen von periodischen Nutzsignalen • Digitalisierung: Digitalschaltungen weisen höheren Störabstand auf als Analogschaltungen • Kodierung: Fehlererkennende und fehlerkorrigierende Kodes (FEC) • Übertragungsprotokoll: Fehlerhaft übertragene Datenblöcke werden noch einmal übertragen (kostet Datenrate) Quelle: nach Franz, EMV Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.59 Überspannungsschutz Überspannungen entstehen durch: Blitzeinschlag, Surge Defekte im Schalthandlungen, Versorgungsnetz Burst Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.60 ESD Überspannungsableiter (Gasableiter) Überspannungsableiter Funkenstrecke Gasableiter Quelle: Schwab/Kürner, EMV Überspannungsableiter (Gasableiter, Funkenstrecken) leiten Überspannungen vom zu schützenden Leiter durch einen Kurzschluss (Lichtbogen) direkt auf den Rückleiter (Masse) ab Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.61 Quelle: leutron.de Überspannungsableiter: Vor- und Nachteile Typische Stoßkennlinie Resultierender Spannungsverlauf Quelle: Schwab/Kürner, EMV Vorteile Nachteile • gering Beeinflussung des Nutzsignals, Kapazität liegt bei 6 -10 pF • sehr robust, deshalb ideal als Grobschutz („harter Ableiter“) • Hohe Stromtragfähigkeit • niedrige Kosten Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel • relativ lange Ansprechzeit, 0,05 - 5 µs • Zündspannung abhängig von Spannungsanstiegsgeschwindigkeit, deswegen schlechte Reproduzierbarkeit • Nachleiteffekte (Leitfähigkeit verbleibt bis zu Rekombination der Ionen) WS2015/16 Folie III.62 Varistor: Grundprinzip und Aufbau Quelle: nach Schwab/Kürner, EMV Quelle: brieselang.net Varistoren (Variable Resistor) bestehen aus einem gesinterten Keramikmaterial, dessen Widerstand mit der Höhe der anliegenden Spannung nichtlinear abnimmt. Quelle: electroschematics.com Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.63 Varistor: Vor- und Nachteile Resultierender Spannungsverlauf Quelle: Schwab/Kürner, EMV Quelle: Durcansky, EMV-gerechtes Gerätedesign Typische Kennlinie Vorteile Nachteile • kein Spannungskurzschluss, sondern hält auch bei großen Stromstärken Spannung • Geringe Ansprechzeit <20 ns (reine Varistorkeramik <1 ns, Rest Zuleitungs-L) • robust, Grobschutz • Große Auswahl an Bauformen Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel • Hohe Eigenkapazität (0,1 – 50 nF) • Hoher Leckstrom bis 0,1 mA WS2015/16 Folie III.64 Suppressordioden a) b) unipolare Suppressordiode in Reihenschaltung (links) und bipolare Suppressordiode in Brückenschaltung (rechts) Quelle: wikipedia.org Suppressordioden sind gewöhnlich unipolare Bauelemente, die gegenüber normalen Z-Dioden einen hohen Sperrstrom tolerieren (keine Zerstörung der Sperrschicht). Durch gegensinnige Reihenschaltung erhält man eine symmetrische Kennlinie. Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.65 Suppressordioden: Vor- und Nachteile UR: äußerster Punkt der Sperrspannung UB: Durchbruchspannung UC: Begrenzungsspannung Quelle: brieselang.net Vorteile Nachteile • sehr kurze Ansprechzeit, ca. 0,01 ns • idealer Feinschutz, in Reihenschaltung mit kapazitätsarmer Diode Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt • hohe Eigenkapazität, bis 15 nF (deswegen Reihenschaltung mit kapazitätsarmer Diode) • geringe Energieabsorption, deswegen primär als Feinschutz Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.66 Quelle: EPCOS Staffelschutz (Kombination Grob- und Feinschutz) Fachgebiet HF-und Mikrowellentechnik www.tu-ilmenau.de/hmt Dr. Chr. Bornkessel WS2015/16 Folie III.67
