GL EMV1

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EMV in Meßsystemen
Grundlagen und Anwendungen
SEI-Tagung DESY Hamburg
15.3.-17.3.2010
Dr.-Ing. Sven Bönisch
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Hahn-Meitner-Platz 1
14109 Berlin
Email: [email protected]
Tel: (030) 80622374
1
Übersicht
1. Grundlagen
2. Kopplungsmechanismen und Gegenmaßnahmen
• Leitungsgebundene Kopplung (galvanische-, Impedanz-, Stromkopplung)
• Kapazitive Kopplung
• Induktive Kopplung
• Wellenkopplung (leitungsgeführt)
• Strahlungskopplung (Freiraumwellen)
3. Beispiele
• Schirmung
• Masseschleife, Mantelstromfilter, Massestruktur
• Kabelanschluss
• EMV-Design
2
1. Grundlagen
EMV: Unter EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) versteht man allgemein, die
Fähigkeit eines Gerätes/Baugruppe in der vorgegebenen elektromagnetischen
Umgebung definitionsgemäß zu arbeiten und die Umgebung nicht unzulässig zu
beeinflussen.
Allgemeines Störmodell:
Störquelle
Kopplung
Störsenke
Die EMV kann durch Maßnahmen in allen 3 Blöcken verbessert werden –
vorausgesetzt er ist zugänglich.
3
Störabstand
Der Störabstand ist ein Gütekriterium für die Sensibilität einer Schaltung gegenüber
einer Störung. Durch die allgemeine Definition können unterschiedliche Schaltungen
miteinander verglichen werden.
Spannungsquellen Ersatzschaltbild:
Störabstand in dB:
SNR = astör = 20 ⋅ log
US
[dB]
U stör
Störabstand in dBV:
SNR = 20 ⋅ log
US
[dBV ]
1V
Durch Erhöhung der Signalspannung bzw. Verringerung der Störspannung kann eine
Verbesserung des Störabstandes erreicht werden. Da Spannungsquellen in
äquivalente Stromquellen umgewandelt werden können, ist der Störabstand auch als
Verhältnis von Signalstrom zu Störstrom definierbar.
4
Übertragungsarten
Die Art der Signalübertragung bestimmt wesentlich die Empfindlichkeit gegenüber
Einkopplung Störungen. Im wesentlichen unterscheidet man Schaltungen nach:
1. Impedanzen im Signalkreis
2. Symmetrie des Signalkreises
5
Übertragungsarten - Impedanz
Spannungsübertragung
•Spannungsquelle mit Innenwiderstand treibt
einen Lastwiderstand
•Ri<<RL
•Empfindlich gegenüber induktiver Kopplung
Stromübertragung
•Stromquelle prägt einen definierten Strom in
den Signalpfad ein
•Ri>>RL
•Empfindlich gegenüber kapazitiver Kopplung
•SNR größer als bei Spannungsübertragung
6
Übertragungsarten - Symmetrie
Unsymmetrische Übertragung
•1 Signalleitung
•1 Leiter auf Massepotential
•Störempfindlich
Symmetrische Übertragung
•2 gegenphasige Signalleitungen
•Differentielle Signalübertragung
•Störunempfindlich
7
2. Kopplungsmechanismen
Impedanzkopplung
(galvanische-,
Stromkopplung)
Kapazitive
Kopplung
Induktive
Kopplung
Wellenkopplung
Strahlungskopplung
Strom I
E-Feld
H-Feld
EM-Feld
Freiraumwellen
Leitungsgebunden
Feldgebunden
Ust=f(Zk, I, di/dt)
Ust=f(Ck, du/dt)
Ust=f(Mk, di/dt)
Ust=f(Z12,
du/dx, di/dx)
Ust=f(E0, heff)
λ>>l
λ<=l
8
Kapazitive Kopplung
Kopplungsersatzschaltbild:
•Einkopplung von Störungen über elektrische Felder
Voraussetzungen:
•Leitungsbeläge vernachlässigbar
•Rückwirkungsfreiheit (Ustör >> ULstör, schwache Kopplung)
istör = CK ⋅
Æ Hochpaßverhalten
•Störwirkung steigt mit der Frequenz
•Störsignal erscheint an der Last differenziert
U Lstör = Ri || RL ⋅ I stör
U Lstör = Ri || RL ⋅ jω CK ⋅ U stör
Spannungsübertragung Ri<<RL
U Lstör = Ri ⋅ jω CK ⋅ U stör
I Lstör =
Ri
⋅ jω CK ⋅ U stör
RL
I stör = jω CK ⋅ U stör
dustör
dt
(für harmonische Störer)
Stromübertragung Ri>>RL
U Lstör = RL ⋅ jω CK ⋅ U stör
I Lstör = jω CK ⋅ U stör
Gesamter Störstrom
fließt durch die Last
Æ Empfindlich für
kapazitive Kopplung
9
Kapazitive Kopplung - Abhilfe
Kopplungsersatzschaltbild:
Diagnose:
•Signalquelle kurzschließen (Ri<<RL,
Spannungsübertragung)
Æ Störung muß verschwinden
U Lstör = jω U stör
Quelle
⋅
CK
Kopplung
⋅
Ri || RL
Senke
Quelle:
•Verringerung der Störspannung
•Verringerung der (Stör-) Frequenz (Tiefpassfilter, aktive Bauteile mit niedriger Grenzfrequenz
Kopplung:
•Verringerung der Koppelkapazität
•Verkürzen der Länge von parallelen Leitungen
•Vergrößerung des Abstandes
•Geänderte Leitungsführung
•Schirmung (Felder werden gegen Massepotential gelegt, parallele Masseleitung auf PCB)
•Symmetrische Signalübertragung (Quelle, Kopplung und Senke!!!)
Senke:
•Geringere Schaltungsimpedanz
•Insbesondere kleines Ri, um Störstrom von RL abzuleiten (Spannungsübertragung)
10
Kapazitive Kopplung bei symmetrischer
Übertragung
Kopplungsersatzschaltbild:
•Parasitäre Kapazitäten bilden Brückenschaltung
•Strom in Diagonale wird Null (Brückenabgleich), wenn
C1/C3=C2/C4
Verringerung von Störungen:
•Verdrillen (C1=C2, C3=C4)
•Masseleitung dicht geführt Æ geringe Brückenempfindlichkeit
(C3, C4 >> C1, C2)
•Symmetrierung aller Systemkomponenten (Quelle, Kopplung,
Senke)
11
Kapazitive Kopplung - SNR
Störabstand an der Last:
Kopplungsersatzschaltbild:
⎛U
RL || Z CL || Z CK
Z Ck + Ri || RL || Z CL ⎞
⎟
⋅
SNR = 20 ⋅ log⎜ S ⋅
⎜ U stör Ri + RL || Z CL || Z CK
⎟
R
||
R
||
Z
i
L
CL
⎝
⎠
Frage: Welche Strukturen können Sie hier erkennen? (Parallel, Serienschaltung, Spannungs-, Stromteiler, HP, TP)
•CL – Kabelkapazität wenn Wellenlänge >> Kabellänge
Æ Zeitkonstante, Grenzfrequenz
Signal ratio [dB]
-
fg =
Noise ratio [dB]
1
2πτ
=
mit
τ = (CL + Ck ) ⋅ Ri || RL
Signal to Noise ratio [dB]
12
Induktive Kopplung
Kopplungsersatzschaltbild:
•Einkopplung von Störungen über magnetische Felder
Voraussetzungen:
•Leitungsbeläge vernachlässigbar
•Rückwirkungsfreiheit (Istör >> ILstör, schwache Kopplung)
•Ohmscher Widerstand der Gegeninduktivität vernachlässigbar
ustör = M K ⋅
U Lstör = U stör ⋅
Gesamte Störspannung
fällt über der Last ab
Æ Empfindlich für
induktive Kopplung
Spannungsübertragung Ri<<RL
U Lstör = jω M K ⋅ I stör
I Lstör = jω M K ⋅ I stör ⋅
1
RL
Æ Hochpaßverhalten
•Störwirkung steigt mit Frequenz
•Störsignal erscheint an der Last differenziert
RL
Ri + RL
U Lstör = jω M K ⋅ I stör ⋅
U stör = jω M K ⋅ I stör
distör
dt
RL
Ri + RL
(für harmonische Störer)
Stromübertragung Ri>>RL
RL
Ri
1
= jω M K ⋅ I stör ⋅
Ri
U Lstör = jω M K ⋅ I stör ⋅
I Lstör
13
Induktive Kopplung - Abhilfe
Kopplungsersatzschaltbild:
Diagnose:
•Wie bei Impedanzkopplung Signalkreis an der Quelle
öffnen (Ri>>RL, Stromübertragung)
Æ Störung muß verschwinden
•Test auf induktive Kopplung mit Kurzschlußringen bzw.
Schirmblech ohne Massebezug
U Lstör = jω I stör
Quelle
⋅
MK
Kopplung
⋅
RL
Ri + RL
Senke
Quelle:
•Verringerung des Störstromes
•Verringerung der (Stör-) Frequenz (Tiefpassfilter, aktive Bauteile mit niedriger Grenzfrequenz
Kopplung:
•Verringerung der Gegeninduktivität
•Vergrößern des Abstandes gekoppelter Maschen
•Verringerung der Schleifenfläche (kurze Leitungsführung)
•Nähe von Hin- und Rückleiter (Feldkompensation in Quellschleife, Verringerung des Flußdurchsatzes in Senke)
•Verdrillen von Hin- und Rückleiter (resultierender Gesamtfluß nahe Null)
•Senkrechte Schleifenorientierung
•Schirmung mit magnetischen Materialien (hohes µ, DC)
•Schirmung mit Kurzschlußringen/-schleifen (Gegenfelder, kleine bis mittlere Frequenzen)
•Schirmung mit Wirbelstromschirmen (hohe Frequenzen)
•Symmetrische Signalübertragung (Quelle, Kopplung und Senke!!!)
Senke:
•Insbesondere hohes Ri, um Störspannung an RL zu verringern (Stromübertragung)
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Induktive Kopplung bei symmetrischer
Übertragung
Kopplungsersatzschaltbild:
uL1 = u1 − ustör
uL2 = u2 − ustör
Differenzspannung bei
Gleichtaktstörung:
ud = uL1 − uL2 = u1 − u2
u2 = −u1
mit
ud = 2u1
•Die symmetrische (differentielle) Übertragung benutzt 2 Signalleitungen und eine gemeinsame
Masseleitung.
•Es werden 2 betragsmäßig gleichgroße, aber gegenphasige Spannungen übertragen.
•Im Empfänger wird die Differenz ausgewertet (Gegentaktsignal, differential-mode).
•Wenn zu beiden Signalen eine Störspannung addiert wird (Gleichtaktsignal, common-mode) kann
diese in einem differentiellen Empfänger komplett eliminiert werden (hohe Gleichtaktunterdrückung).
•Wenn die Brücke bestehend aus Ri1, Ri2, RL1, RL2 schlecht abgeglichen ist, kann das
Gleichtaktstörsignal in ein Gegentaktstörsignal konvertiert werden.
15
Induktive Kopplung - SNR
Kopplungsersatzschaltbild:
Störabstand an der Last:
(
)
⎛ I
Ri || RL + Z Mk Ri + RL ⎞
⎟
SNR = 20 ⋅ log⎜ S ⋅
⋅
⎜ I stör
⎟
R
Z
Z
+
L
Mk
Mk
⎝
⎠
Frage: Was ist die bestimmende
Systemzeitkonstante?
Æ Zeitkonstante gegeben durch Koppelimpedanz
Signal ratio [dB]
-
fg =
Noise ratio [dB]
1
mit
2πτ
=
τ=
MK
Ri + RL
Signal to Noise ratio [dB]
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Impedanzkopplung (galvanische Kopplung)
Kopplungsersatzschaltbild:
•Einkopplung von Störungen durch Impedanzen die sowohl zur
Quelle als auch zur Senke gehören (z.B. Masse-,
Versorgungsspannungsleitungen, Innenwiderstände von
Netzteilen, Impedanzen von Abblockkondensatoren)
•Häufigstes EMV-Problem
ustör = RK ⋅ istör + LK ⋅
U Lstör = U stör ⋅
RL
Ri + RL
U Lstör = I stör ⋅ (RK + jω LK ) = U stör
I Lstör = I stör ⋅ (RK + jω LK ) ⋅
1
RL
U stör = (RK + jω LK ) ⋅ I stör
Æ Hochpaßverhalten
•Störwirkung steigt mit Frequenz und dem
Störstrom durch die Koppelimpedanz
Gesamte Störspannung
RL
fällt über der Last ab
U Lstör = I stör ⋅ (RK + jω LK ) ⋅
Æ Empfindlich für
Ri + RL
Impedanzkopplung
Spannungsübertragung Ri<<RL
distör
dt
(für harmonische Störer)
Stromübertragung Ri>>RL
U Lstör = I stör ⋅ (RK + jω LK ) ⋅
I Lstör
RL
Ri
1
= I stör ⋅ (RK + jω LK ) ⋅
Ri
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Impedanzkopplung - Abhilfe
Kopplungsersatzschaltbild:
Diagnose:
•Signalquelle öffnen (Ri>>RL, Stromübertragung)
Æ Störung muß verschwinden
•Nicht eindeutig, da Störung durch induktive
Kopplung auch verschwindet
U Lstör = I stör ⋅ (RK + jω LK ) ⋅
Quelle
Kopplung
RL
Ri + RL
Senke
Quelle:
•Verringerung des Störstromes (Abblockung)
•Verringerung der (Stör-) Frequenz (Tiefpassfilter, aktive Bauteile mit niedriger Grenzfrequenz
Kopplung:
•Verringerung von Widerstands- und Induktivitätsbelag des gemeinsamen Zweiges (Verstärkung des
Leiters, Massefläche auf Platinen)
•Auftrennen des gemeinsamen Zweiges (getrennte Masse analog/digital, sternförmige Massestruktur)
•Vermeidung von Masseschleifen
•EMV- korrekter Anschluss von Kabeln
•Symmetrische Signalübertragung (Quelle, Kopplung und Senke!!!)
Senke:
•Insbesondere hohes Ri, um Störspannung an RL zu verringern (Stromübertragung)
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Impedanzkopplung bei symmetrischer
Übertragung
Kopplungsersatzschaltbild:
uL1 = u1 − ustör
uL2 = u2 − ustör
Differenzspannung bei
Gleichtaktstörung:
ud = uL1 − uL2 = u1 − u2
u2 = −u1
mit
ud = 2u1
•Die symmetrische (differentielle) Übertragung benutzt 2 Signalleitungen und eine gemeinsame
Masseleitung.
•Es werden 2 betragsmäßig gleichgroße, aber gegenphasige Spannungen übertragen.
•Im Empfänger wird die Differenz ausgewertet (Gegentaktsignal, differential-mode).
•Wenn zu beiden Signalen eine Störspannung addiert wird (Gleichtaktsignal, common-mode) kann
diese in einem differentiellen Empfänger komplett eliminiert werden (hohe Gleichtaktunterdrückung).
•Wenn die Brücke bestehend aus Ri1, Ri2, RL1, RL2 schlecht abgeglichen ist, kann das
Gleichtaktstörsignal in ein Gegentaktstörsignal konvertiert werden.
19
Impedanzkopplung - SNR
Kopplungsersatzschaltbild:
Störabstand an der Last:
(
)
⎛ I
Ri || RL + Z K Ri + RL ⎞
⎟
SNR = 20 ⋅ log⎜ S ⋅
⋅
⎜ I stör
⎟
+
R
Z
Z
L
K
K
⎝
⎠
Frage: Was sind die bestimmenden Systemzeitkonstanten?
f g1 =
Æ Zeitkonstanten gegeben durch Koppelimpedanz
und Innenwiderstände des Signalkreises
Signal ratio [dB]
-
fg2 =
Noise ratio [dB]
1
mit
2πτ 1
1
2πτ 2
=
mit
τ=
τ=
LK
RK
LK
RK + Ri + RL
Signal to Noise ratio [dB]
20
Wellenkopplung (Leitungswellen)
Kopplungsersatzschaltbild:
•Kopplung durch Leitungswellen
•Ortsabhängig kapazitive und induktive Kopplung
Voraussetzungen:
•Anpassung in Quelle und Senke
•Abstand << Wellenlänge λ
•Kabellänge ≈> Wellenlänge λ
Generatorseitig:
I Gstör =
Kapazitive Kopplung:
Induktive Kopplung:
dCK = CK' ⋅ dx
dI Lstör =
dM K = M K' ⋅ dx
dI
dU stör = dM K ⋅
dt
dU stör
dI Lstör =
2Z L2
dI Gstör
dI Gstör = −
dI störCk = dCK ⋅
dU1
dt
dI störCk
2
dI
= störCk
2
dU stör
2Z L2
dI störCk dU stör
−
2
2Z L
Lastseitig:
I Lstör =
dI störCk dU stör
+
2
2Z L
•Differenz von kapazitiver •Summe von kapazitiver
und induktiver Kopplung und induktiver Kopplung
•Bei entsprechender Dimensionierung wirkt Störung
nur auf eine Seite des gestörten Kreises
•Abhilfe wie bei kap./ind. Kopplung beschrieben
21
Strahlungskopplung (Freiraumwellen)
Kopplungsprinzip:
•Kopplung durch gestrahlte Freiraumwellen
•Große Entfernungen möglich
•Quelle und Senke wirken als Antennen
•Fernfeldabhängigkeit 1/r
Voraussetzungen:
•Abstand r >> Wellenlänge λ (Fernfeld)
•Strahlerlänge l ≈> Wellenlänge λ
Feldstärke im Fernfeld (Herzscher Dipol):
Eυ = Z 0 ⋅
Hϕ =
ji0dl sinυ
⋅
2λ
r
Feldwellenwiderstand des leeren Raumes:
Eυ
=
Hϕ
μ0
= Z 0 = 377Ω
ε0
ji0dl sinυ
⋅
r
2λ
22
Schirmung
Frequenz
E-Feld
H-Feld
Statisch:
•Faradayscher Käfig
•Magnetostatischer Schirm
Veränderlich:
Quasistatisch
Stationär
Wellen
•Faradascher Käfig,
Kompensation
•Wirbelstromschirm
•Kompensation
•Wirbelstromschirm
Kompensation durch Gegenfeld:
Feldführung:
•Feldlinien werden in
Bereiche mit hoher
Permeabilität gebrochen
•Induzierte Ströme bewirken
Schwächung des Außenfeldes
im Innenraum (Ring, Rohr,
Wirbelstromschirm)
23
Schirmung durch Gegenfelder
Kompensationsprinzip:
•Magnetisches Störfeld Bstör induziert Strom I in einer
kurzgeschlossenen Leiterschleife
•Nach Lenzschem Gesetz bewirkt der Strom eine
entgegengesetzte Kompensationsflussdichte Bkomp
•Aufgrund der Geometrie der Kompensationsschleife kann
das Störfeld nicht an jedem Ort in Signalschleife vollständig
kompensiert werden
•Wirksame Kompensation erst ab 1 Dekade oberhalb der
Grenzfrequenz möglich
Ersatzschaltbild Komp.-schleife:
1
L
mit τ =
fg =
R
2πτ
Störabstand:
⎛
f ⎞⎟
SNR = 20 ⋅ log⎜ 1 + j
⎜
f g ⎟⎠
⎝
Verbesserung:
•Größere Kompensationsinduktivität L (Windungszahl
erhöhen, Ferritkern)
•Kleinerer Schleifenwiderstand R (Folien, Bleche)
•Signal- und Kompensationskreis in einer Ebene
•Kompensationskreis sollte Signalkreis komplett um
schließen (Schirmbecher in HF-Kreisen)
24
Masseschleife
Kopplungsprinzip:
Kopplungsersatzschaltbild:
Störabstand:
⎛
Z A ⎞⎟
SNR = 20 ⋅ log⎜ 1 +
⎜
ZK ⎟
⎝
⎠
•Ursache ist doppelte Verbindung von 2 Punkten eines
Massesystems
•Eingekoppelte Spannungen treiben einen Störstrom Istör
(Masseströme, induktive Einkopplung) und bewirken
Spannungsabfall auf ZK (Kabelmantel)
•Impedanz des äußeren Zweiges ZA meist kleiner als der
Koppelimpedanz ZK
•ZA kann durch Leitungsimpedanzen oder Kapazitäten
zwischen Trafowicklungen gebildet werden
(Hochpassverhalten)
Abhilfe:
•ZK hat koppelnde Wirkung Æ verkleinern
•ZA hat dämpfende Wirkung Æ vergrößern
(Schutzleiterdrossel, Mantelstromfilter, galvanische
Trennung)
•Symmetrische Signalübertragung
•Geeignete Massestruktur (Sternpunkterdung)
•Verringerung der eingekoppelten Spannung (Schirmung)
25
Mantelstromfilter
Stromkompensierte Drossel (Gleichtaktdrossel):
•Hin- und Rückleiter bifilar auf einen Kern
gewickelt
•Keine Induktivität für Gegentaktsignal
•Hohe Induktivität für Gleichtaktsignal
(Mantelstrom)
•Nur in begrenztem Frequenzbereich wirksam
(50MHz-1GHz)
•Kernmaterial sorgfältig auswählen!
•Nicht für 50-Hz Brummstörungen geeignet
Klappferrit auf USB-Kabel:
Kapazitiver Koppler:
•Massetrennung durch Kapazität im Masseweg (1100nF)
•Frequenzen oberhalb ca. 1MHz können passieren
•50Hz-Netzbrummströme können nicht mehr
fließen
•Obere Grenzfrequenz ca. 1GHz
•Nur für UKW-Rundfunk und Fernsehen geeignet!
Kapazitiver Koppler für 75Ω Antennenkabel:
26
Massestruktur
Komplexe elektronische Geräte bestehen aus einer reihenartigen Hintereinanderschaltung
einzelner Komponenten. Der Ausgang einer Stufe treibt den Eingang der nachfolgenden Stufe.
Sternmasse:
Reihenmasse:
•Naheliegendes Massekonzept bei
Reihenschaltung einzelner Komponenten
•Zwischen den Masseverbindungen der
einzelnen Stufen ist eine (Koppel-) Impedanz
ZK vorhanden
•Ein außen eingeprägter Störstrom auf der
Masseleitung wirkt auf den Eingang der 2.
Stufe
•Alle Masseanschlüsse der einzelnen Stufen
werden in einem Punkt verbunden
•(Stromdurchflossene) Koppelimpedanz
zwischen den Stufen wird eliminiert
•Ein auf der Masseleitung fließender Störstrom
verursacht keine Störung am Eingang der 2.
Stufe
Æ Besseres Massekonzept!!
27
Kabelanschluss I
Ungeschirmte Leitung,
Masse als Rückleiter
Rückleiter nahe
Signalleitung
•Störspannung überlagert •Induzierte Spannung wird
Signalspannung
verringert
•Verringerte Störspannung
Symmetrische
ungeschirmte Leitung
Koaxialkabel
einseitig auf Masse
•Geringe kap./ind.
•Geringe kap. Kopplung
Kopplung
•Störspannung überlagert
•Gleichtaktunterdrückung Signalspannung
verringert Einfluss von
Massestörungen
Mit Gleichtaktdrossel
Mit Stromübertragung
•Unterdrückung hochfrequenter •50Hz Störung durch
Masseströme
kapazitive Kopplung
•Transformatorische
Kompensation der Störspannung
Koaxialkabel beidseitig
auf Masse
Mit Bypass
•Masseschleife!!!
•Reduktion des Störstroms
•Geringe elektromagnet.
auf Kabelschirm
Kopplung
•Verbesserung SNR
•Störspannung stark gedämpft
28
•Kabeltransferimpedanz
Kabelanschluss II
Koaxialkabel mit
Gleichtaktdrossel
•Unterdrückung
hochfrequenter
Masseströme
Einseitige Masseverbindung über C
Koaxkabel mit
Stromübertragung
Unsymmetrisches System,
Schirm einseitig auf Masse
•Verringerung niederfrequenter •Sehr störsicher!!!
•Bei schlechtem Masseanschluss
Masseströme
kap. Kopplung möglich
•Beidseitiger Masseanschluss
für hohe Frequenzen
Unsymmetrisches System, geschirmt, beidseitig
auf Masse, definiertes Bezugspotential
•Empfängerseitiges
Bezugspotential
•Senderseitiges
Bezugspotential
•Keine Impedanzkopplung von Störströmen auf
Kabelschirm
•Nur kap. Kopplung (Spannung zw. Schirm und Masse)
•Störspannung überlagert
Signalspannung!!!
•Schirm kein
Signalrückleiter
Symmetrisches System, geschirmt
einseitig auf Masse
beidseitig auf Masse
•Bestes Übertragungssystem!
•Kap. Kopplung der
Störspannung in Signalleiter •Weitere Verbesserung durch
Stromübertragung
•Störspannung ist Gleichtaktsignal bei guter
Gleichtaktunterdrückung stark bedämpft
29
Vergleich EMV-Design
Alt
Neu
30
Vergleich EMV-Design
Alt
Neu
Schlecht ist:
•Kleine Masseflächen über ca. 5mm Draht
angeschlossen (kapazitive Kopplung bei hohen
Frequenzen)
•parallele Anordnung von Baugruppen (Übersprechen,
hohe kapazitive und induktive Kopplung; Re klein
Stromverstärker Æ weniger kapazitive Kopplung mehr
induktive Kopplung)
•Versorgungsspannungszuführung in Nähe der
Eingänge
•Versorgungsspannungsleitungen nicht verdrillt
•Masseschleife in Betriebsspannung (induktive
Kopplung)
•Eingangsbereich hoch liegende Verdrahtung, keine
Schirmung
Gut ist:
•Großflächige Masseverbindung unten (alle Kopplungsarten
kleiner)
•komplette Schirmung (Alugehäuse Wirbelstromschirm bei
hohen Frequenzen, E+H-Feld)
•Masse auf Platinenoberseite (Verhindert Übersprechen zw.
Kanälen durch kap. und ind. Kopplung)
•Stufennahe Abblockung (Verringerung ind. Kopplung)
•Räumliche Trennung von Eingangs- und Ausgangsstufe auf
Platine verringert Impedanzkopplung durch Ströme im
Masseweg (Ausgangsstufe in Nähe der Spannungszuführung)
Schlecht ist:
•unsymmetrisches 50Ω System (Masseschleifen, induktive
und Impedanzkopplung)
•Randkanäle besser als Mittelkanäle (Masse Seitenwand) 31
Literatur
•Joachim Franz, Störungssicherer Aufbau elektronischer Schaltungen, Teubner, 2002
•A. Schwab, Elektromagnetische Verträglichkeit, Springer-Verlag, 1990
•Mönich, Skriptum Elektromagnetische Verträglichkeit, TU-Berlin, 1993
•Habiger, Elektromagnetische Verträglichkeit, Hüthing, 1984
•Meinke, Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag, 1992
32
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