Durch das Überprüfen auf Elektromagnetische Verträglichkeit wird das reibungslose Funktionieren von nebeneinander eingesetzten elektronischen Geräten, Systemen und Anlagen sichergestellt. Die europäische EMV-Richtlinie hat hier weltweit gesehen die Nase vorn.

Das ist eigentlich nichts Neues: Funk-Entstörung gibt es schon seit Jahrzehnten. Allerdings existiert seit Inkrafttreten der EMV-Richtlinie eine europaweit gesetzliche Regelung, die Forderungen bezüglich der Störaussendung und der Störfestigkeit an die Hersteller elektronischer Geräte stellt. Europa nimmt damit eindeutig eine Vorreiterrolle auf dem Gebiet der EMV ein.
Aber es gibt noch immer viele Regionen, in denen die EMV-Anforderungen noch nicht dem europäischen Standard entsprechen. Jedoch sind auch die Hersteller aus Fernost oder dem NAFTA-Raum bereits mit unseren höheren Anforderungen konfrontiert, da Europa für alle weltweit agierenden Firmen ein interessanter Markt ist. In vielen Ländern (z. B. China) werden vergleichbare Gesetze und Normen erarbeitet. Auf lange Sicht werden die EMV-Anforderungen weltweit harmonisiert werden.
Daneben wird auch das Problembewusstsein bezüglich EMV – ausgehend von Europa – zunehmen. Wenn EMV vom Beginn der Entwicklung konsequent beachtet wird, sind die Mehraufwendungen gering und die Funktionalität der Geräte sichergestellt.

Neue Technologien setzen neue EMV-Trends

Neben den Gesetzen und Normen gibt es weitere Ursachen für die zunehmende Bedeutung der EMV. Im wesentlichen kommen neue Herausforderungen an EMV-Lösungen heute aus neuen Technologien bei den Halbleitern und der Schaltungstechnik: Die Halbleiter werden immer schneller und leistungsfähiger. Das gilt sowohl für Prozessoren und ASICs als auch für die Leistungshalbleiter. Auf der einen Seite werden die Störaussendungen mit steigenden Taktfrequenzen und kürzeren Schaltzeiten immer höher, auf der anderen Seite wird die Elektronik durch reduzierte Chipstrukturen, geringeren Leistungsverbrauch, höhere Taktfrequenzen sowie die Integration von immer mehr Funktionen auf kleinstem Raum immer empfindlicher gegen elektromagnetische Störungen.

Am Beispiel von Frequenzumrichtern lässt sich das gut verdeutlichen: Wo früher Motoren nur ein- und ausgeschaltet wurden, werden heute Umrichter eingesetzt. Im Alltag begegnen uns umrichtergesteuerte Antriebe bei Rolltreppen, Aufzügen, Lüftungs- und Klima-Anlagen und bei Fahrzeugantrieben; selbst in Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen haben sie bereits Einzug gehalten. Trotzdem erwarten wir, dass z. B. Mobiltelefone und Funkempfänger überall reibungslos und ohne Störgeräusche funktionieren.

„Jedem Topf seinen Deckel“

Ohne EMV-Maßnahmen wie den Einbau von EMV-Filtern – zumindest am Umrichter-Eingang – ist ein Betrieb unter Einhaltung der Schutzanforderungen der Richtlinie in der Regel nicht möglich.
Die Firma EPCOS bietet ein breites Spektrum an anwendungsoptimierten EMV-Filtern für Frequenzumrichter an. Es umfasst 2-Leiter-, 3-Leiter- und 4-Leiter-Filter für Ströme von einigen Ampere bis 2.500 A. Für jede Anwendung ist hier eine passende Lösung verfügbar. Alle Filter sind in der Praxis erprobt und auch für kritische Bedingungen, z. B. lange Motorleitungen, sicher ausgelegt.
EPCOS entwickelt und fertigt aber nicht nur komplette, anschlussfertige EMV-Filter, sondern alle dafür erforderlichen Bauelemente selbst, wie z. B. Kondensatoren, Drosseln, Varistoren und auch Ferritkerne. Durch den direkten Zugriff auf alle internen Ressourcen können die erforderlichen EMV-Bauelemente schnell und kostengünstig den jeweiligen Anforderungen optimal angepasst werden.
Wie schon erwähnt, stellen Umrichter besondere Herausforderungen an den Filterhersteller. Die sehr schnell schaltenden IGBTs bei modernen Umrichtern erzeugen Flankensteilheiten im Bereich bis zu 10 kV/µs. Die Folge sind sehr hohe, vor allem asymmetrische Impuls-Störungen, mit denen die Filter fertig werden müssen. Lange Motorleitungen führen dabei zu höheren Belastungen und HF-Störungen.
Die Filter sind so ausgelegt, dass sie die unter Worst-Case-Bedingungen auftretenden Stromimpulse beherrschen, die beim Mehrfachen des Nennstromes liegen können. Erreicht wird das durch Verwendung geeigneter Ferrite bei den Drosseln und durch spezielle Filter-Schaltungen, die auch sicherstellen, dass die Filter selbst nur geringe Ableitströme erzeugen. Denn die Stromimpulse können die Drosseln in die Sättigung treiben, wenn sie nicht ausreichend dimensioniert sind. Filter, deren Drosseln in Sättigung gehen, verlieren ihre Dämpfung und erzeugen darüber hinaus sogar durch das nichtlineare Verhalten der Drosseln HF-Störungen.
Über das Standardspektrum hinaus sind auch kundenspezifische Filter verfügbar, die in sehr enger Zusammenarbeit mit den Kunden maßgeschneidert für das jeweilige Gerät entwickelt werden. Für Geräte, die in Serie produziert werden ist das im Allgemeinen die wirtschaftlichere Lösung. Außerdem lassen sich so die Filtereigenschaften optimal auf die Kundenschaltung anpassen.

Kfz-Elektronik: CAN-Bus

Auch in der Kfz-Elektronik sind neue Technologien Treiber für neue EMV-Anforderungen. Eine aktuelle Entwicklung ist die Einführung des CAN-Bus-Systems, sowohl im Pkw wie auch im Lkw. Der Vorteil dabei ist eine Reduzierung der Kabelbäume im Fahrzeug und damit eine Senkung der Kosten. Der CAN-Bus erlaubt eine flexible und effiziente Verbindung vieler Module im Fahrzeug und wird von den führenden europäischen Herstellern seit Jahren eingesetzt.
Um die EMV sicherzustellen, hat EPCOS zusammen mit den Kfz-Herstellern die CAN-Bus-Drossel entwickelt. Sie wirkt gegen die Störaussendungen des CAN-Busses, um z. B. den störungsfreien Betrieb des Radios oder des Mobiltelefons zu gewährleisten. Sie erhöht aber auch die Störfestigkeit des Bussystems und stellt damit den Betrieb von Airbag, ABS, Motorelektronik und allen anderen angeschlossenen Funktionen sicher.
Das Besondere an dieser Drossel ist ihre Eigenschaft, sowohl die asymmetrischen Störungen als auch die symmetrischen Störungen zu reduzieren. Asymmetrische Störungen führen z. B. zu hochfrequenten Abstrahlungen, die den Radioempfang beeinträchtigen können. Datenleitungsdrosseln werden hier schon seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt.
Die Besonderheit der CAN-Bus-Drossel ist eine zusätzliche Dämpfungswirkung gegen symmetrische Störungen, die von den Bus-Treiber-ICs verursacht werden. Durch eine besondere Wicklungstechnik ist es gelungen, auch diese Störungen ab ca. 1 MHz zu bekämpfen.

Die CAN-Bus-Drossel ist für SMT-Montage ausgelegt und in mehreren Versionen erhältlich. Der Induktivitätsbereich reicht von 11 bis 470 µH und der Nennstrom von 0,5 A ist für alle Anwendungen mehr als ausreichend.
Wichtige Aspekte in der Automobilelektronik sind nicht nur die Kosten, sondern auch laufende Miniaturisierung. EPCOS hat neue Drosseln entwickelt, die z. B. auch für die Miniatur-Hybrid-Schaltungen geeignet sind. Die elektrischen Eigenschaften sind weitgehend identisch mit denen der größeren Bauformen. Die Drosseln können mit allen üblichen Löt- und Klebeverfahren verarbeitet werden.
Für besondere Anwendungen, z. B. bei elektronischen Getrieben, sind auch Hochtemperatur-Bauformen verfügbar. Durch ständige Weiterentwicklung, neue Materialien und Automatisierungsmaßnahmen werden Drosseln von EPCOS auch künftig den hohen technischen und wirtschaftlichen Anforderungen in der Automobilelektronik angepasst.

EMV-Dienstleistungen und -Service

Die Anpassung von Filtern an Kundenschaltungen ist ein Entwicklungsprozess, der ein hohes Maß an EMV-Wissen erfordert. Viele Firmen verfügen aber nicht über eigene EMV-Abteilungen oder -Experten. Gerade während der Geräteentwicklung ist jedoch die frühzeitige Berücksichtigung der EMV entscheidend für die Einhaltung von Entwicklungs-Terminen und -Kosten.
Der direkte Zugriff auf die EPCOS-Entwicklungsingenieure, stellt eine EMV-gerechte Lösung von Anfang an sicher. EPCOS verfügt aber auch über ein eigenes modernes EMV-Zentrum in Regensburg, in dem erfahrene Mitarbeiter jede nur denkbare Unterstützung bei EMV-Problemen geben können. Das betrifft nicht nur Empfehlungen über die am besten geeigneten Bauelemente, sondern umfasst alle Arten von EMV-Maßnahmen – von der Erdung und Masseführung über die Schirmung bis zum Filtereinsatz.

Darüber hinaus hat EPCOS ein EMV-Partner-Programm ins Leben gerufen, das mittlerweile 28 EMV-Labors in ganz Europa umfasst. Diese Labors arbeiten sehr eng mit EPCOS zusammen, erhalten zusätzliche Informationen und nehmen regelmäßig an Workshops teil. Dadurch wird ein intensiver Austausch an Informationen und Erfahrungen erreicht. Mit diesen EMV-Dienstleistern stehen den EPCOS-Kunden direkt vor der Haustür in Europa qualifizierte Ansprechpartner für alle EMV-Probleme zur Verfügung.

Ziel von EPCOS ist es, schon zu Beginn einer Neuentwicklung eines Gerätes mit an der Lösung zu arbeiten. Nur so lassen sich kostengünstige und technisch ausgereifte Ergebnisse erzielen. Jeder Kunde wird dabei umfassend über alle möglichen Lösungen beraten, und dabei steht ihm das gesamte Know-how unentgeltlich zur Verfügung.
Autor: Dipl.-Ing. Wolfgang Sammet

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