EMV in Konzept- und Vorentwicklung

EMV lässt sich nicht ins Produkt testen!

EMV entwickeln ist in vielerlei Hinsicht eine komplexe Angelegenheit.

Für die Elektromagnetische Verträglichkeit ist nicht NUR die Elektronik-Entwicklung zuständig.
Es gibt kaum eine an der Produkt-Entstehung beteiligte Fraktion, die keine Einflüsse auf die EMV hätte.

Die Einflussparameter enden auch nicht an den Grenzen des Produkts. Die Geräteumgebung bzw. der Einsatzort müssen in die Überlegungen einbezogen werden.

Und denken Sie daran, nicht nur den technischen Aspekt abzudecken. Sie muss auch bei der Konformitätserklärung berücksichtigt werden. Und dort lauert so manche weitere Fallgrube.

Früh starten

In der Konzeptphase bzw. in der Vorentwicklung müssen die wichtigsten Weichen gestellt werden.
Hier die Basis zu legen ebnet den Weg zu weniger Stress und geringeren Kosten.

Am Anfang steht eine genaue Analyse potenzieller EMV-Risiken. Die EMV jedes Gerätes wird von seiner Umgebung beeinflusst. Was sagt mir die System- oder Einsatzumgebung? Auch wenn diese unbekannt oder sehr heterogen ist, ist doch manch wichtiges ableitbar.

Die Annahme EMV „entwickle“ man am besten, wenn mindestens die Schaltung klar ist oder gar schon eine erste Hardware auf dem Tisch liegt, ist weit verbreitet. Aber diese Annahme ist falsch und der Grund für viele nachgelagerte Probleme.

Wie es besser geht, ohne am Ende mehr Zeit und Ressourcen aufzuwenden, erfahren Sie hier.

Die häufigsten Probleme im Blick

Eine gute EMV steht und fällt mit einem guten Stromversorgungskonzept.

Dazu gehören das Massesystem, die Erzeugung der notwendigen Spannungspotentiale und die bewusste Führung der Rückströme.

Insbesondere die Führung der Rückströme stellt eine große Herausforderung dar. Angaben dazu sind im Stromlaufplan nicht zu finden. Dort steht in der Regel nur das Massezeichen, das war’s. Wohin fließt der Strom? Das hängt vom Layout und der Mechanik (Gehäuse, Verdrahtung etc.) ab.

Oberhalb von 1 MHz dominieren meist Gleichtaktströme. Hier fließen die Störströme auf der Plus- und Minusleitung in die gleiche Richtung. Und wo schließen sich die Stromkreise? Jeder Strom muss bekanntlich zu seiner Quelle zurückkehren. Ströme fließen immer im Kreis – auch Störströme.

Die Pfade der Common-Mode-Rückströme sind auch in den besten Schaltplänen nicht zu finden. Die Ströme nehmen überwiegend parasitäre Wege. Die Pfade folgen nie ausschließlich Kupferleitern. Sie führen über parasitäre Bauelemente. Parasitäre Bauelemente sind physikalisch nicht sichtbar, folgen aber physikalischen Gesetzen.

In der Entwurfsphase sollte daher

eine spezielle Skizze erstellt werden. Das ist alles andere als trivial. Es erfordert ein tiefes Verständnis der EMV-Mechanismen.
Diese Skizze wird eine zentrale Rolle in einer zielgerichteten EMV-Entwicklung spielen.

Den Begriff ‚Common-Mode-Störungen‘ hört man vorwiegend im Zusammenhang mit Störemissionen. Sie sind aber gleichermaßen Ursache für viele Probleme im Bereich Störfestigkeit.

Ist das Wissen darum nicht vorhanden, sollte man es sich aneignen oder als Dienstleistung einkaufen.

Dipl.-Ing. (FH) Martina Kreutz

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Konzeptphase: Das Fundament bereiten

Erste Fragestellungen

Was weiß ich über die spätere Einsatzumgebung?
An welche Schnittstellen außerhalb meines Produktes muss ich was übergeben oder empfange ich von dort? Ist mein Produkt Teil eines größeren Systems?
Gibt es Restriktionen bzgl. Bauraum oder sind welche zu erwarten?
Was soll selbst entwickelt werden – was wird zugekauft?
Wer wird später Einfluss auf die EMV haben? Intern? Extern?
Welche einfachen EMV-Tests machen während der Entwicklung Sinn? Hier sind ausdrücklich KEINE normkonformen Messungen gemeint.
Ist das bisher genutzte EMV-Labor auch für das neue Produkt das geeignete?

Daraus folgende Aktivitäten

Normenrecherche – Gibt es passende harmonisierte Normen oder benötige ich eine benannte Stelle? Auswahl der heranzuziehenden EMV-Norm. Welche Anforderungen leiten sich daraus ab?
Informationsbeschaffung – was ist bekannt über die Situation jenseits der Schnittstelle(n)? Was kann ich daraus für meine Schnittstellen ableiten?
Für externe Schnittstellen Ansprechpartner ausfindig machen.
Einschränkungen bei Platzierung von Bauelementen, Steckern, etc.?
Wie kann die EMV-Qualität der Zukaufteile bewertet werden? Planung / Definition einfacher Tests zur Verifikation
Definition des EMV-Teams; Abholung aller Beteiligter; Festlegung von Kommunikationswegen und Abstimmungsintervallen, Abstimmung mit Mechanik-Konstruktion, Software und ggf. Fertigung
Skizzierung / Definition entwicklungsbegleitender Tests
Was fehlt dem bisherigen Laborpartner? Alternativen?

Wenn eine erste Schaltungsskizze vorliegt

Signalklassifizierung
Welches werden die Störer sein? Bewertung des Störpotentials getakteter Signale
Mit welchen Mimosen ist zu rechnen? Worauf reagieren diese empfindlich?
Versorgungskonzept skizzieren / definieren
Strompfad-Analyse
Skizze möglicher Common-Mode-Rückströme
Wo sind Filter notwendig? Mit welchen Parametern? Hoch- oder niederimpedant an Ein- bzw. Ausgang?

Regelmäßige Iterationen

Anfangs werden die zu gewinnenden Informationen noch eher allgemeiner Natur sein. Deshalb ist es wichtig diesen Analyseprozess stetig zu wiederholen und so die Qualität der Daten kontinuierlich zu verbessern.

Zu Beginn etwas mehr Aufwand. In späteren Entwicklungsphasen macht sich das Vorgehen aber mehrfach bezahlt.