Was ist EMV?

Wie entstehen elektromagnetische Störungen?

Was ist EMV? Was gehört dazu?

EMV wird oft auf die Schaltung reduziert. Man macht sich Gedanken über Filterauslegung (oft erst nach nicht bestandenen Tests). Man versucht, den EMV-Störungen etwas entgegenzusetzen, um die Auswirkungen zu reduzieren.

Der Ansatz, EMV-Störungen von vornherein zu vermeiden, wird seltener verfolgt, obwohl er viel effektiver ist. Und kostengünstiger!

EMV ist viel mehr als Schaltungsdesign und Normen.

EMV = HF-Technik + System-Engineering

Sehr oft wird übersehen, dass EMV ein Systemthema ist. Ein guter EMV’ler ist ein Techniker oder Ingenieur mit fundierten HF-Kenntnissen, der immer das Gesamtsystem im Auge hat.

Die Führungsebene spielt dabei eine wichtige Rolle.

EMV ist komplex – keine Frage. Aber EMV ist nur Physik. Die Komplexität ergibt sich vor allem daraus, dass alle Bereiche einer Produktentstehung ihren Anteil an der EMV haben. Viele sind sich ihres EMV-Einflusses gar nicht bewusst. Dazu gehören Einkauf und Vertrieb ebenso wie die Produktion.

EMV ist NICHT nur Aufgabe der Schaltungsentwicklung! Auch wenn hier ein Schwerpunkt liegt. EMV ist Teamarbeit. EMV ist eine Schnittmenge aus Systemtechnik und Hochfrequenztechnik. EMV ist mit geeigneten Prozessen sehr gut beherrschbar.

Schnittmenge HF + System.Engineering ist EMV

Einige grundsätzliche Bemerkungen

Für die EMV braucht man weder Feldtheorie noch Maxwell’sche Gleichungen.

Eine Mischung aus grundsätzlichen Überlegungen und richtigen Vorgehensweisen ebnet den Weg, der in der Regel ausreicht, um EMV-Prüfungen erfolgreich zu bestehen.

Hochfrequenztechnik – und doch kein Hexenwerk

Entwickler sind meist keine Hochfrequenztechniker. Die wenigsten Produkte, die EMV-relevanten Anforderungen unterliegen, beinhalten hinsichtlich ihrer Funktion Hochfrequenz-Anwendungen. Bei der Schaltungsentwicklung bewegt man sich überwiegend auf der Spannungsebene.

EMV bedeutet zwangsläufig, sich mit hochfrequenten Strömen zu beschäftigen. Es bedeutet HF-Ströme zu beeinflussen, über Felder und Wellen nachzudenken. Man muss sich nicht in der Feldtheorie verlieren – es sei denn, man will bis ins Detail vorhersagen, was passieren wird. Für die klassische Produktentwicklung ist das aber nicht nötig.

Schaltpläne werden eher spannungsorientiert gezeichnet. Der Stromfluss (insbesondere der Rückpfad) ist nicht sofort erkennbar, geschweige denn parasitäre Strompfade.

Es ist daher nicht verwunderlich, dass viele Software- oder Mechanikentwickler fälschlicherweise davon ausgehen, dass ihre Arbeit nichts mit EMV zu tun hat.

Weit verbreiteter Irrglaube

Selbst auf der obersten Managementebene wird oft folgende Annahme als scheinbare Tatsache akzeptiert.

EMV könne erst dann nachhaltig entwickelt werden, wenn Probleme konkret sichtbar werden.

In der Folge werden die Entwickler mit dem Thema allein gelassen.

Man wird erst aktiv, wenn das Kind im Brunnen liegt. Leider bleibt es dann oft dabei, zusätzlichen Druck aufzubauen. Die eigentliche Aufgabe des Managements, mit strategischen Maßnahmen zu helfen, wird selten gesehen. Dabei wäre es immer möglich – spätestens beim nächsten Projekt. Mehr dazu im Artikel: wann beginnen?

Der erste notwendige Schritt zum EMV-Erfolg, ist die Einsicht, dass EMV ein System-Thema ist und früher oder später alle Fraktionen – insbesondere die Führungsebenen – einbezogen werden müssen.

Sie wollen es in Zukunft besser machen?

EMV-gerecht entwickeln - so geht’s

Wie entstehen EMV-Störungen?

Um dies zu verstehen, muss man einige Grundlagen kennen.
Wichtig ist – wie in fast allen Entwicklungsdisziplinen – ein strukturiertes Vorgehen.

Die grundlegenden Ursachen von EMV-Störungen

Wir bewegen uns hier auf dem Gebiet der elektromagnetischen Felder und Wellen. Deshalb ist es sinnvoll, die Sache zunächst von der Seite der gewollten Nutzung elektromagnetischer Wellen (Funkwellen) zu betrachten.

Gemeint ist hier meist die Funkübertragung. Im Allgemeinen eine Informationsübertragung von A nach B. Dazu benötigt man einen Sender und einen Empfänger sowie einen Übertragungsweg bzw. ein Übertragungsmedium (i.d.R. die Luft oder ein Kabel, oder beides).

Grundprinzip der Informationsübertragung

Wenn wir nun die Sichtweise von der gewollten Informationsübertragung auf die ungewollte übertragen, kommen wir zur EMV. Die grafische Darstellung ändert sich wie folgt

Ergänzt man nun die Beschreibung des zu betrachtenden Systems um die Einflüsse von und auf die Umgebung, so erhält man das klassische Störmodell, wie es auch in vielen anderen Veröffentlichungen zu finden ist.

D.h. auf der linken Seite beeinflusst unser System die Umgebung (Emission), bzw. wird seinerseits auf der rechten Seite von der Umgebung beeinflusst (Störfestigkeit).

EMV-Störungen sind immer auf schnelle Bewegungen von Ladungsträgern zurückzuführen. Dies kann zum einen durch die Entladung eines Blitzes geschehen. In der Technik spricht man dann von ESD-Störungen.

Auf der anderen Seite entstehen sie beim Schalten von Spannungen und/oder Strömen. Wenn ein Schaltvorgang zeitlich nicht einer Sinuskurve folgt, entsteht ein Frequenzspektrum, das sich aus einer Fourier-Reihe ergibt.

Ein Rechtecksignal, wie es beim „harten Schalten“ entsteht, hat theoretisch ein unendliches Frequenzspektrum. Dabei hat jeder Frequenzanteil einen bestimmten Energiegehalt, der mit steigender Frequenz abnimmt.

3 Randbedingen mit großer Bedeutung:

1) Die Summe der Energien in einem Frequenzspektrum muss von einer (real meist mehreren) Quelle(n) zur Verfügung gestellt werden.

2) Jeder Strom fließt zu seiner Quelle zurück.

3) Alle Übertragungswege sind impedanzbehaftet, d.h. es gibt keine verlustfreien Wege. (Impedanz = frequenzabhängiger Widerstand)

Aus 1) folgt, dass die Flanken eines Rechtecksignals angekippt (abgeflacht) werden, wenn die Quellen nicht alle Frequenzanteile schnell genug liefern können. Die Folge ist ein kurzzeitiger Einbruch der Quellenspannung bei den entsprechenden Frequenzen. Diese Spannungseinbrüche messen wir als EMV-Störungen.

Aus 2) folgt, dass eine Störung nicht aufgehalten werden kann. Jeder Strom sucht sich seinen Weg zurück zur Quelle. Wird an einer Stelle die Impedanz erhöht, nimmt er einen anderen, niederohmigen Weg. Beides können parasitäre Wege sein, die größtenteils nicht leicht zu erkennen sind.

Aus 3) folgt, dass im Stromkreis Verluste entstehen, die von den Quellen zusätzlich kompensiert werden müssen. Daraus ergibt sich eine negative Rückkopplung zu 1).

Bei der EMV-Entstörung geht es also darum, der Störung auch für die hochfrequenten Anteile eine entsprechend schnelle Quelle zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig dem Strom einen Weg zurück zur Quelle zu eröffnen, auf dem er keinen Schaden anrichtet.

Möglichst konstante Impedanz

Das Denken in geschlossenen Stromkreisen ist die halbe Miete.

Mindestens genauso wichtig ist es, dass sich die Impedanz auf dem Weg des Stroms möglichst wenig ändert.

Jeder Impedanzsprung führt einerseits zu zusätzlichen Spannungsabfällen und andererseits zu Reflexionen, die eine weitere Ursache für EMV-Störungen sind.

Werden Schaltungsteile auf verschiedene Leiterplatten oder Bauteile verteilt, kommt es zwangsläufig an den Schnittstellen (Steckern) zu Impedanzsprüngen. Siehe: Wie viel Leiterplatten sind zu viel

Fatal wirkt es sich auch aus, wenn im PCB-Layout Leitungen über Schlitze in der Rückleitungsebene (i.d.R. die Masse) geführt werden. Siehe: EMV-gerechtes Design

Ein absolut ebener Impedanzverlauf bleibt jedoch eine Wunschvorstellung. Ziel muss es jedoch sein, alle Änderungen so gering wie möglich zu halten.

Warum in diesem Zusammenhang CE-Zeichen eine falsche Sicherheit vermitteln, lesen Sie im Beitrag ‚Warum auf CE-Zeichen kein Verlass ist‚