Die EMV möglichst früh im Entwicklungsprozess berücksichtigen

| Autor / Redakteur: Bruce Rose * / Thomas Kuther

Störungen: Damit elektronische Geräte andere nicht stören und auch selbst nicht gestört werden, müssen sie die EMV-Vorschriften erfüllen.
Störungen: Damit elektronische Geräte andere nicht stören und auch selbst nicht gestört werden, müssen sie die EMV-Vorschriften erfüllen. (Bild: Clipdealer)

Wer als Entwickler von Stromversorgungen bei der vorgeschriebenen EMV-Konformitätsprüfung keine unangenehme Überraschung erleben will, tut gut daran, die EMV möglichst früh zu berücksichtigen.

Eine der Entwicklungsaufgaben, die oft gegen Ende eines Projekts in Angriff genommen werden, sind die Anforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). EMV-Vorschriften sorgen dafür, dass unbeabsichtigte leitungsgeführte und abgestrahlte elektromagnetische Störungen (Emissionen) nicht andere elektronische Geräten in ihrer Funktion beeinträchtigen. Das Hinausschieben der EMV-Konformitätsprüfung bis zum Ende des Projekts ist gängige Praxis. Die daraus resultierenden unerwarteten Kosten und Projektverzögerungen könnten vermieden werden, wenn die Einhaltung der EMV-Richtlinien bereits früher im Designprozess berücksichtigt wird.

Leitungsgeführte und abgestrahlte elektromagnetische Störungen sind die von einem Gerät bzw. System austretende Hochfrequenz-(HF-)Energie. Die Menge der HF-Störungen ist gesetzlich festgelegt, um sicherzustellen, dass kein Schaden in anderen elektronischen Produkten verursacht wird. Bei niedrigen Frequenzen (weniger als 30 MHz) sind die Leiter und Kabel der meisten elektronischen Geräte als Antennen unwirksam. Die Störungen stellen somit kein Problem dar.

Bei diesen niedrigen Frequenzen können die Leiter und Kabel HF-Energie durch gemeinsame Stromquellen oder Lasten hindurchleiten und Probleme in anderen Elektronikgeräten verursachen. Bei hohen Frequenzen (über 30 MHz) schwächt die Impedanz der Leiter und Kabel die geführte Energie ausreichend ab, womit sich das Problem erübrigt. Bei diesen höheren Frequenzen können die Leiter und Kabel jedoch als Antennen dienen und die HF-Energie als Störung für in der Nähe befindliche Elektronikgeräte ausstrahlen.

Die meisten Industrie- und Consumer-Elektronikgeräte, die in den USA verkauft werden, müssen Emissionsstandards hinsichtlich leitungsgeführter und abgestrahlter Störungen erfüllen, wie sie in den FCC-Vorschriften (Title 47 Part 15) beschrieben sind, oft als FCC Part 15 bezeichnet. Ähnliche Standards für in Europa verkaufte Produkte unterliegen den europäischen Vorschriften CISPR 22/EN 55022. Beide Regelungen beschreiben Grenzwerte für leitungsgeführte und abgestrahlte Störungen und werden auf das Endsystem, einschließlich der internen oder externen Stromversorgung, angewendet.

Während diese beiden Regelungen von getrennten Organisationen erstellt und verwaltet werden, sind sie als ähnlich oder harmonisiert anzusehen. Ein Vorteil dieser Harmonisierung ist, dass das Design eines Produkts, das eine der Vorschriften erfüllt, in der Regel sicherstellt, dass es auch die Anforderungen des anderen Regelwerks erfüllt. Leitungsgeführte Strahlungsspezifikationen decken Störungen im Frequenzbereich von 150 kHz bis 30 MHz ab. Weitere Spezifikationen hinsichtlich der Störstrahlung decken das Spektrum von 30 MHz und darüber ab.

Die Testverfahren und Messeinrichtungen unterscheiden sich bezüglich leitungsgeführter und abgestrahlter Störungen. Die Filter, die verwendet werden, um EMV-Probleme zu verringern, sind zwar ähnlich, unterscheiden sich aber in ihren elektrischen Werten. Das leitungsgeführte Störfrequenzband ist niedriger als das abgestrahlte Störfrequenzband, und somit sind die Filter, die leitungsgebundene Störungen beseitigen sollen, elektrisch und baulich größer als diejenigen, die für abgestrahlte Störungen verwendet werden.

Die EMV für Stromversorgungen sicherstellen

Die meisten eingebauten Netzteile werden nach EMV-Vorschriften konstruiert und getestet. Die Prüfung erfolgt zunächst als eigenständig konfigurierte Stromversorgung. Nach dem Einbau muss das fertige System ebenfalls getestet werden, um sicherzustellen, dass es den EMV-Vorschriften entspricht. Der Einbau kompatibler Stromversorgungen in Systeme minimiert mögliche EMV-Probleme während der Systemprüfung, garantiert aber nicht, dass das fertige System die Emissionsprüfung besteht. Viele Anbieter integrierbarer Netzteile empfehlen bestimmte Schaltkreise, um EMV-Probleme zu beheben, die während der Systemintegration auftreten. Weil die Anforderungen bei jeder Anwendung anders sind, bleiben diese Empfehlungen dem Ermessen des Entwicklers überlassen. Auf diese Weise enthält jedes Design nur die für die jeweilige Anwendung benötigten Bauteile.

Auch die meisten Stecker- und Tischnetzteile werden auf diese Art aufgebaut und getestet, um die EMV-Vorschriften als eigenständige Einheiten zu erfüllen. Ist der Kunde ein Hersteller, der das Netzteil mit einer Last kombiniert, ist dieser verpflichtet, Tests durchzuführen, um sicherzustellen, dass das komplette System den EMV-Vorschriften entspricht. Da die Schaltkreise in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, wird das Hinzufügen externer Komponenten zur Beseitigung von EMV-Problemen bei Stecker- und Tischnetzteilen im Vergleich zu eingebauten Netzteilen schwieriger.

Vorgeschriebene EMV-Tests von Stromversorgungen erfolgen mit statischen ohmschen Lasten, aber fast alle Stromversorgungen basieren auf Schaltregler-Topologien. Ein Schaltregler erzeugt von sich aus leitungsgeführte und abgestrahlte Störungen, die während der Entwicklung des Netzteils vermindert werden müssen. Die Last kann dabei zusätzliche Störungen verursachen. Die Unsicherheit hinsichtlich leitungsgebundener und abgestrahlter Emissionen aus der kombinierten Anordnung von Stromversorgung und Last erfordert, dass die Schwankungen in den Testergebnissen eigenständiger Stromversorgungen berücksichtigt werden müssen, sobald eine Last an die Stromversorgung angelegt wird.

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