Stromversorgungsdesign: Wie Sie die EMV sicherstellen

| Autor / Redakteur: Bruce Rose * / Thomas Kuther

Wichtig beim Stromversorgungsdesign: Damit elektronische Geräte andere nicht stören und auch selbst nicht gestört werden, müssen sie die EMV-Vorschriften erfüllen.
Wichtig beim Stromversorgungsdesign: 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.

Bild 2: Komponenten zur Filterung leitungsgeführter Störungen.
Bild 2: Komponenten zur Filterung leitungsgeführter Störungen. (Bild: CUI)

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.

EMV-Tests sind möglichst früh erforderlich

Oft werden EMV-Tests aus Zeit- und Kostengründen sowie durch hohe Arbeitsbelastung bis zum Ende eines Projektes verschoben. Mangelndes Wissen über Konformitätstests erschwert solche Tests zusätzlich. Die benötigten Geräte und Einrichtungen für die EMV-Konformitätsprüfung sind sehr speziell, daher gibt es zahlreiche Testlabors mit erfahrenen Mitarbeitern, die bei der Prüfung helfen.

Die Kosten, die mit Konformitätstests einhergehen, werden oft sofort oder erst viel später mit berücksichtigt. Da solche Tests meist am Ende für die vollständige Zertifizierung durchgeführt werden, können die Kosten sehr hoch sein – bei vorab durchgeführten Tests sind die Kosten jedoch minimal. Ob ein Testlabor zur Verfügung steht, kann ein Problem sein, da viele Labore über mehrere Wochen ausgebucht sind. Allerdings können kleine Zeitblöcke für vorab durchgeführte Tests meist außerhalb der Spitzenzeiten gebucht werden. Da nur geringe Ressourcen für die vorläufige EMV-Prüfung zu Beginn eines Entwicklungszyklus erforderlich sind, lassen sich erhebliche und teure Redesigns später im Produktzeitplan verhindern.

Inhalt des Artikels:

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44873766 / Stromversorgungen)