EMV-Messtechnik

Wie eine Automobilbaugruppe erfolgreich entstört wird

| Autor / Redakteur: Gunter Langer * / Hendrik Härter

Automobilbaugruppen entstören: Der Messaufbau am Arbeitsplatz des Entwicklers zur entwicklungsbegleitenden Messung und Minimierung der Störaussendung.
Automobilbaugruppen entstören: Der Messaufbau am Arbeitsplatz des Entwicklers zur entwicklungsbegleitenden Messung und Minimierung der Störaussendung. (Bild: Langer EMV)

Trotz komplexerer EMV-Probleme sind nicht immer komplizierte EMV-Werkzeuge notwendig. Hier erfahren Sie, wie sich eine Automobilbaugruppe überschaubar untersuchen lässt.

In Fahrzeugen werden eine Vielzahl von Baugruppen verwendet, auf denen Mikrocontroller, Schaltregler und weitere Elektronik arbeiten. Dabei haben die einzelnen Bauteile, wie Mikrocontroller oder Schaltregler ihre spezifischen EMV-Eigenschaften. Damit die Automobilbaugruppe störungsfrei arbeitet und auch bestimmte Normen bezüglich hochfrequenter Störemissionen eingehalten werden, wird im Rahmen der Entwicklung mit einer Boardnetznachbildung die Störaussendung geprüft. Überschreiten die Störemissionen festgelegte Grenzen, muss die Automobilbaugruppe analysiert und verbessert werden. Dieser Prozess von Prüfung und Modifikation (Verbesserung) wird unter Umständen mehrmals durchgeführt, bevor alle Kriterien der Normen erfolgreich eingehalten werden.

Der Aufwand und die Kosten des Prozesses können mit einem übersichtlichen und kleinen Messaufbau am Arbeitsplatz des Entwicklers gering gehalten werden. Die Automobilbaugruppe wird auf einer Groundplane entsprechend dem späteren Einsatzumfeld angeordnet. Dabei müssen wie im Bild oben dargestellt, die konstruktive Umgebung und die elektrische Verkabelung nachgestellt werden.

Über der Groundplane ist ein klappbares Schirmzelt zur Abschirmung der Störungen aus der Umgebung angeordnet. Das klappbare Schirmzelt ermöglicht es, direkt auf den Prüfling zuzugreifen und damit ein flüssiges Arbeiten des Entwicklers zu garantieren. Das Schirmzelt besitzt eine Dämpfung von rund 50 dB. Die leitungsgebundenen Zuführungen, wie Stromversorgung und Kabel zur Übertragung der Messergebnisse sollten mit HF-Filtern versehen sein.

Von den Messdaten zur Dokumentation

Die Messergebnisse werden im Spektrumanalysator dargestellt. Normalerweise werden die Messergebnisse mit mehreren Softwaretools erfasst. Dazu gehören die Aufnahmesoftware des Spektrumanalysators, eine Dokumentationssoftware und gegebenenfalls eine Bildverarbeitungssoftware zur Bearbeitung der aufgenommenen Spektren. Die Messdaten und die dazugehörige Dokumentation (Spektren und Protokoll) werden oft manuell in verschiedene Programme übertragen.

Das ist bei der Aufnahme von wenigen Messkurven vielleicht vertretbar. Bei einer aufwendigen Störaussendungsanalyse kommt der Entwickler oft auf viele Messkurven, die in einem Entwicklungsprozess von einigen Tagen aufgenommen werden. Die Messdaten manuell miteinander zu vergleichen und zu dokumentieren, ist nicht mehr zu vertreten. Abhilfe schafft eine Software, die diesen Aufwand komplett umgeht. Mit dieser Software wird der im Bild dargestellte Spektrumanalysator gesteuert und die Messkurven von der zu prüfenden Automobilbaugruppe aufgenommenen.

Nahfeldsonden ermöglichen die Messung der lokalen elektrischen und magnetischen Nahfelder auf der Automobilbaugruppe. Somit ist eine Analyse der auftretenden Störfrequenzen im Nahfeld möglich und es lassen sich die für die Störaussendung verantwortlichen Bauteile rasch finden.

In unserem Beispiel ist die Störaussendung einer Automobilbaugruppe von 150 kHz bis 30 MHz auf Grenzwertüberschreitungen mit einer Boardnetznachbildung (BNN) zu untersuchen. Die Automobilbaugruppe besitzt als wesentliche Komponenten einen Mikrocontroller mit einem extern gebildeten Takt von 12 MHz und einem internen Takt von 48 MHz. Seine Ports sind über eine Flachbandleitung nach außen geführt. Die Versorgungsspannung wird aus der Klemme 30/31 über einen Schaltregler erzeugt, der einen Grundtakt von 500 kHz besitzt.

Die Überprüfung der Grenzwerte mit der Boardnetznachbildung ist in Bild 1 dargestellt. Die Ergebnisse der Peak-Messung für die Klemme 30 (+12 V Zuführung zur Baugruppe) sind in der roten Messkurve dargestellt. Die Ergebnisse der Peak-Messung für die Klemme 31 (Masse) sind in der blauen Messkurve dargestellt. Beide überschreiten ab 500 kHz die Grenzwertkurve.

500 kHz ist die Grundfrequenz des Schaltreglers. Im Frequenzbereich oberhalb von 500 kHz sind ausschließlich die Frequenzvielfachen des Schaltreglers zu erkennen. Aus den Messergebnissen ist mit Sicherheit ablesbar, dass der Schaltregler die Störungen verursacht.

Bild 2: Überprüfung der Grenzwerte mit der Netznachbildung.
Bild 2: Überprüfung der Grenzwerte mit der Netznachbildung. (Bild: Langer EMV)

Im Anschluss wird mit Nahfeldsonden untersucht, in welchen Bereichen des Schaltreglers die Störungen erzeugt werden. Als erstes wird mit einer großflächigen E-Feldsonde über dem Schaltregler-IC und der Schaltreglerspule das elektrische Feld überprüft (Bild 2). Die entsprechend kritischen Frequenzen konnten im elektrischen Feld nachgewiesen werden. Es liegt die Vermutung nahe, dass die Störungen über das elektrische Feld erregt werden.

In einem zweiten Schritt wird die Baugruppe mit Magnetfeldsonden untersucht. Wir vermuten, dass der Schaltregler die Ursache ist. Zuerst wird die Verbindung des Reglers zur Klemme 30/31 untersucht, ob sie ausreichend gefiltert ist. Deshalb wird auf der Schaltreglerseite und der Stecherseite des Filter-ELKOs der Störstrom in der Versorgungsleitung gemessen. Verwendet wird eine Magnetfeldsonde, die den Strom in Leitungen selektiv misst.

Im Bild 2 sind die Ergebnisse dargestellt. Betrachtet man die beiden Messkurven bei der Grundfrequenz des Schaltreglers von 500 kHz sieht man, dass vor und hinter dem ELKO ungefähr der gleiche Versorgungsstrom fließt. Das bedeutet, dass der ELKO einen zu hohen ESR (Widerstand) besitzt und keine Filterwirkung bei 500 kHz entfaltet.

Elektrolytkondensatoren (ELKOs) besitzen eine kleine induktivitätsarme Restkapazität, die parallel zur elektrolytischen Kapazität wirkt. Diese Kapazität liegt im Bereich von einigen nF. Die Wirkung erkennt man ab der ersten Harmonischen ab 1 MHz. Dort beginnt der Elektrolytkondensator als Filter für die Störfrequenzen zu wirken.

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? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de/ (ID: 43119823 / Messen/Testen/Prüfen)