Wie eine Automobilbaugruppe erfolgreich entstört wird

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Ein spezieller Stromwandler kommt zum Einsatz

Um die Ergebnisse zu konkretisieren, wird die Klemme 30/31 mit einem speziellen Stromwandler gemessen, der über zwei Eingänge verfügt. Der DIFF-Eingang des Stromwandlers misst nur den Differential-Mode- (Gegentakt-)Strom der Klemme 30/31. Nur der Schaltregler kann an dieser Klemme Gegentaktströme erzeugen. Der COM-Eingang des Stromwandlers misst den Common-Mode (Gleichtakt-)Strom der Klemme 30/31.

Alle anderen Störquellen der Baugruppe können nur Gleichtaktvorgänge erzeugen. Damit lässt sich feststellen, ob der Netzfilter des Anschlusses/Klemme eine Filterwirkung besitzt. Wenn im Anschlussbereich des Boardnetzes der Baugruppe eine Filterwirkung vorhanden ist, wird kein Gegentaktstrom fließen können, da dieser durch den Filterkondensator abgeleitet wird.

Kann der Filterkondensator den Strom nicht ableiten, da ein zu hoher ESR vorliegt, wird er zur Klemme 30 fließen und von dort in das Boardnetz, zurück zur Klemme 31 und zum Schaltregler. Der DIFF-Stromwandler misst den Strom selektiv. Liegt allerdings ein anderes Problem auf der Baugruppe vor, werden die Gleichtaktvorgänge ausgelöst, die in das Boardnetz fließen. Dieser Störstrom kann mit dem COM-Stromwandler selektiv gemessen werden.

Vergleich Common- und Differenzial-Mode-Wandler

Das Bild 3 zeigt die Messergebnisse der Messungen an Klemme 30/31 mit einem DIFF- und COM-Stromwandler. Der COM-Stromwandler zeigt nur schwache Common-Mode-Störungen, die das Störaussendungsproblem nicht verursachen können. Ursache dafür ist ein elektrisches Feld des Schaltregler-ICs oder Spule. Der anfängliche Verdacht, dass das E-Feld die Störungen verursachen könnte, hat sich nicht bestätigt.

Die Messung mit dem DIFF-Stromwandler zeigt, dass ein hoher differenzieller Strom vom Schaltregler in der Klemme 30/31 fließt. Dieser Strom entspricht dem Strom an der Boardnetznachbildung (BNN, Bild 3, Klemme 30). Damit ist bestätigt, dass die Filterwirkung im Anschlussbereich des Boardnetzes zum Schaltregler nicht ausreichend ist. Der auf dem Board vorhandene Elektrolytkondensator mit 47 µF besitzt einen zu hohen ESR. Als Gegenmaßnahme wird der ELKO mit einem 10 µF Keramikkondensator ergänzt.

Bild 4 zeigt die Wirkung des Kondensators. Die Störfrequenzen des Schaltreglers werden um 20 bis 30 dB abgesenkt. Nur bei der Grundschwingung von 500 kHz trat eine Absenkung von 9 dB auf. Trotz der Absenkung liegt der Wert bei 500 kHz immer noch 12 dB über dem Grenzwert. Grund: Die Kapazität von 10 µF ist für 500 kHz noch nicht groß genug. Die keramischen Filterkapazitäten auf 40 µF zu erhöhen, ist eine weitere Maßnahme zur Entstörung. Die Ergebnisse sind im Bild 4 dargestellt. Die Absenkung bei 500 kHz beträgt jetzt 26 dB. Damit wurde die Störfrequenz 500 kHz um 6 dB unter den Grenzwert gesenkt. Wird anstelle der keramischen Filterkapazitäten mit 40 µF ein Elektrolytkondensator mit 68 µF zum bestehenden 47-µF-Elektrolytkondensators eingesetzt, senkt sich der Störpegel aufgrund des ESR bei 500 kHz nicht.

Die Analyse der Störaussendung mit einer Groundplane, einem Schirmzelt, einer universellen Software, Boardnetznachbildung, ergänzend zur Boardnetznachbildung ein HF-Stromwandler und Nahfeldsonden ermöglichen es dem Entwickler, schnell und effizient zu arbeiten. Mit den vorgestellten EMV-Werkzeugen lässt sich ein umfassendes Bild über die EMV-Wirkmechanismen der Automobilbaugruppen machen. Somit erschließen sich Ursachen von Störaussendungen und es lassen sich Gegenmaßnahmen einleiten.

Die gesammelten Erfahrungen und Erkenntnisse zur elektromagnetischen Verträglichkeit auf einer Automobilbaugruppe lassen sich ebenso auf andere Elektronikentwicklungen übertragen. Immer komplexere EMV-Probleme bekommt der Entwickler mit einfacher und überschaubarer Technik selbst in den Griff.

Pulsstörfestigkeit

Störungen in Baugruppen besser vermeiden

* Gunter Langer ist Geschäftsführer bei Langer EMV-Technik in Bannwitz bei Dresden.

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