EMV

Unter elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV, engl. EMC: electromagnetic compatibility) verstehtman die Eigenschaft einer Anlage, eines Gerätes, einer Baugruppe oder Stufe, in der vorgesehenen oder vorgegebenen elektromagnetischen Umgebung definitionsgemäß zu arbeiten und dabei auch die Umgebung nicht unzulässig zu stören.

In diesem Kapitel werden einige allgemeine Grundlagen, Definitionen und Zusammenhänge dargestellt, die in den folgenden Kapiteln benötigt werden und auf die auch ohne Verweis zurückgegriffen wird.

In einen Signalkreis werden über verschiedene Kopplungsmechanismen Störungen eingekoppelt. Häufig treten die Kopplungsmechanismen kombiniert auf. Sie werden in diesem Kapitel einzeln hergeleitet; dabei werden die jeweils anderen nicht berücksichtigt. Prinzipiell hängt eine in einen Signalkreis eingekoppelte Störung, dargestellt durch ihren an der Last auftretenden Anteil, nicht allein vom Kopplungsmechanismus selbst, sondern auch von Parametern der Störquelle und der Störsenke ab und kann über diese ebenfalls beeinflusst werden. Die hergeleiteten Gleichungen weisen entsprechend drei Terme auf.

In diesem Kapitel werden Verfahren vorgestellt, die eine systematische Behandlung – Analyse und Beseitigung – von Störungen ermöglichen.

Über die Versorgungs- und Masseanschlüsse von Baugruppen oder einzelnen Stufen fließen nicht nur die Versorgungsgleichströme, sondern auch Signalströme oder Anteile davon sowie Ströme, die von den speziellen Betriebsbedingungen der Schaltung abhängen. Die Leitungsimpedanzen des Masse- und Versorgungssystems und die komplexen Innenwiderstände der Netzteile verursachen Impedanzkopplungen der versorgten Stufen der Schaltung untereinander. Hochfrequente Signale auf den Versorgungsleitungen haben eine Störstrahlung zur Folge.Abblockkondensatoren sollen beides verhindern.Entscheidend wird die Abblockqualität neben den parasitären Eigenschaften der Abblockkondensatoren durch die Anschlusstechnik und den Aufbau des Masse- und Versorgungssystems beeinflusst. In diesem Kapitel wird beschrieben, wie der Wirkungsmechnismus betrachtet werden kann und was bei der Abblockung berücksichtigt werden muss. Besondere Möglichkeiten ergeben sich auf Leiterplatten in Multilayertechnik mit durchgehenden Versorgungs- und Masselagen, die selbst einen wesentlichen Teil der Abblockung übernehmen können. Die Zusammenhänge werden im Frequenzbereich betrachtet. Vernachlässigungen sind zunächst sinnvoll, um qualitative Zusammenhänge überhaupt erkennen zukönnen. Für quantitative genauere Untersuchungen sind sie zu präzisieren.

Die Masse in elektronischen Schaltungen ist ein Leiter oder Leitersystem mit zwei einander sich widersprechenden Aufgaben: 1. Potentialbezugsfunktion: Die Masse soll ein einheitliches Bezugspotential für alle Teile der Schaltung bereitstellen, damit jeweils eine Signalsenke das gleiche Signal empfängt, das die zugehörige Signalquelle auch ausgesandt hat. 2. Potentialausgleichsfunktion: Die Masse wird als Leiter für Ströme genutzt, als Rückleiter für Signalströme und zur Ableitung systemfremder Ströme z. B. bei Netzfiltern und bei der Schirmung. In dieser Funktion soll sie eigentlich das Entstehen unterschiedlicher Massepotentiale verhindern.

Nun sollen die in den vorherigen Kapiteln erarbeiteten Grundlagen auf die praktischen Probleme bei der Massesystemplanung von Baugruppen, Geräten und Anlagen angewandt werden. Dazu werden die leitungsgebunden und strahlungsgebundenen Wechselwirkungen einer betrachteten Schaltungen mit der Umgebung analysiert, die in hohem Maße von der Struktur des Massesystems abhängen. Häufig treten diese Wechselwirkungen erst auf, wenn die betrachtete Schaltung mit anderen Schaltungen verbunden wird und dadurch eine Masseschleife entsteht. Diese wird häufig nicht erkannt, weil bei der üblichen Schaltungsplanung die Umgebung der zu entwickelnden Schaltung nicht in die Analyse einbezogen wird. Es soll aufgezeigt werden, wie dies geschehen kann und warum und unter welchen Bedingungen bestimmte Massestrukturen günstig oder ungünstig sind, und nicht nur, dass sie es sind. Denn, ob eine Struktur günstig oder ungünstig ist, kann von einer Reihe von Randbedingungen abhängen. Weil diese Überlegungen zur EMV Auswirkungen auf Konstruktion, Schaltungsauslegung und Layoutgestaltung haben, ist eine gründliche EMV-Planung vor der detaillierten Auslegung der Schaltung und ihrem Aufbau unerlässlich.

In diesem Kapitel sollen die bisher erarbeiteten Methoden und die damit gewonnenen theoretischen Zusammenhänge auf praktische Fälle angewandt werden. Die angeführten Beispiele entstammen alle Projekten aus der – meist industriellen – Praxis. An ihnen wird u. A. deutlich, dass beim Aufbau der Massestruktur immer wieder die gleichen Fehler gemacht werden, offenbar resultierend aus einer ungenügenden theoretischen Durchdringung der praktischen EMV-Situation. Damit nicht die gleichen Fehler wieder gemacht werden, sei hier ausdrücklich gewarnt, die im Folgenden erarbeiteten Lösungen als „Entstörmaßnahmen“ anzusehen und auf andere Projekte mit möglicherweise anderen Voraussetzungen unreflektiert zu übertragen. Sie dienen allein dazu, beispielhaft die Anwendung der Methodik aufzuzeigen und damit die EMV-Arbeitsweise auf eine neue, effektivere Basis zu stellen. Nicht die Lösung, sondern der Weg dorthin sollte im Blickpunkt stehen. Gute EMV-Lösungen bedürfen immer einer sorgfältigen Analyse und eines daraus resultierenden tiefen Verständnisses der gerade vorliegenden EMV-Situation. Die Zeit für diese Arbeit muss man sich nehmen, um dann wirklich Zeit und Kosten sparen zu können.

Die langjährige Beobachtung der EMV-Arbeit, selbst der von erfahrenen Entwicklern, führt zu dem Ergebnis, dass der EMV-Problematik in der Regel viel zu spät die notwendige Beachtung geschenkt wird. Der Grund für dieses Verhaltensmuster liegt nicht nur in einer gewissen Ungeduld, die Schaltung erst einmal zum Laufen zu bringen, meist auch nicht in einem Unwissen um die EMV-Probleme, sondern er liegt einfach in der Unkenntnis geeigneter Techniken der EMV-Planung.Dies führt zu der Fehleinschätzung, man könne die EMV-Qualität noch oder gar besser am aufgebauten Prototypen erreichen. Sie wird dann am Labortisch oder in EMV-Messkabinen zurechtgebastelt, bis die Grenzwerte gerade eingehalten werden.Wenn dann noch in einer Abteilung der vorhandene Existenzdruck nur von oben durchgereichtwird und einziger Motor ist, wird der Einzelne nie seine Fähigkeiten ausbauen können und nie seine volle Leistungsfähigkeit erreichen. Das Ziel muss verfehlt werden!