Speicherinduktivitäten

EMV bei Schaltreglern sicherstellen

16. Februar 2018, 10:00 Uhr | Ranjith Bramanpalli, Würth Elektronik eiSos
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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Schirmwirkung im Nah- und Fernfeld

Wie bereits erwähnt, liegt die Überschwingfrequenz am Schaltknoten bei der einen verwendeten Baugruppe bei etwa 130 MHz, bei der anderen beläuft sie sich auf etwa 180 MHz. Da die Vorteile von Speicherinduktivitäten mit Kernen aus Eisenpulver oder einer Metalllegierung in der Regel nicht aufgehoben werden können, bietet Würth Elektronik eine Vielzahl von Schirmmaterialien aus Metall und Mu-Metall, beispielsweise Kupferband, verschiedene Schirmgehäuse aus Verbundmetallen mit und ohne Lüftung, NiZn- und Ferritplatten usw.

Diese Produkte eignen sich für Anwendungen mit speziellen Konstruktionsbeschränkungen und lassen sich für bestimmte Frequenzbereiche auswählen, in denen eine Abschwächung erforderlich ist (Bild 12). So reduziert eine Metallschirmung die Emissionen des E-Felds einer Eisenpulverspule um 10 dB.

Die Effektivität der Schirmung ist nicht auf das Nahfeld beschränkt. Mit Metall- und Ferritlösungen lassen sich auch im Fernfeld beträchtliche Verbesserungen erzielen. Das weiter oben erwähnte Demoboard, das als Grundlage für die Messungen dient, wurde in der EMV-Kammer auf Fernfeldstrahlung geprüft. Die Messergebnisse beim Einsatz einer Eisenpulverspule in einem 1,5 mm starken Aluminiumschirm ist unten gezeigt (Bild 13a und b): Der kritische Frequenzbereich, in dem die unerwünschten Schwingungen auftraten, wurde erheblich gedämpft. Zudem war eine Abschwächung über den gesamten Frequenzbereich (einschließlich der Oberwellen) zu vermerken. Das Abschirmen der Eisenpulverspule mit einer 3 mm starken Ferritplatte hatte eine ähnliche Wirkung (Bild 13c).

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Bild 12: H-Feld (links) E-Feld (rechts) und einer Eisenpulverspule (WE-LHMI) ohne zusätzliche Schirmung (schwarze Kurve), mit einem 1,5 mm starken Alu-Gehäuse (rote Kurve) und mit 0,07 mm starkem Kupferband (blaue Kurve).
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Bild 12: H-Feld (oben) E-Feld (unten) und einer Eisenpulverspule (WE-LHMI) ohne zusätzliche Schirmung (schwarze Kurve), mit einem 1,5 mm starken Alu-Gehäuse (rote Kurve) und mit 0,07 mm starkem Kupferband (blaue Kurve).
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Zusammenfassung

Elektromagnetische Abstrahlung ist ein sehr breites und komplexes Thema. Bereits scheinbar geringfügige Schwankungen bei einzelnen Parametern können Emissionsquellen und damit auch die Nahfeld- und Fernfeldeigenschaften beeinflussen. Das Nahfeld zu charakterisieren kann ein komplizierter und zeitaufwendiger Prozess sein, denn zum vollständigen Verständnis und zur Behebung von EMV-Problemen sind zahlreiche Experimente und Messungen erforderlich.

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Bild 13a: Fernfeldstrahlung des Systems mit Eisenpulverspule ohne Schirmung.
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Bild 13b: Fernfeldstrahlung des Systems mit Eisenpulverspule mit einer Aluminiumhülle als Schirmung.
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Bild 13c: Fernfeldstrahlung des Systems mit Eisenpulverspule und mit einer 3 mm starken Ferritplatte als Schirmung.
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Außerdem müssen Emissionen auch aufgrund der Tendenz zu höheren Schaltfrequenzen genauer beachtet werden, die mit der Verfügbarkeit neuer Halbleitertechnologien wie GaN oder SiC einhergehen. Bei höheren Schaltfrequenzen ist der normale Ansatz für magnetische Leistungsbauteile nicht mehr gültig. Würth Elektronik hat schon seit einiger Zeit verschiedene Schirmungsmaterialien im Sortiment, um eine Vielzahl von Problemen in der EMV-Kammer lösen zu können.

Das Entwerfen einer speziellen Speicherinduktivität, die sich nur unter eingeschränkten, ganz bestimmten Voraussetzungen einsetzen lässt, ist nicht der Ansatz, den Würth Elektronik verfolgt. Denn schon eine geringfügige Änderung am Schaltregler kann die Eigenschaften der Spule ganz erheblich ändern. Für ein gegebenes Design sind jeweils ganz spezifische Bauteile erforderlich. Aus diesem Grund bietet das Unternehmen möglichst viele verschiedene Speicherinduktivitäten an.


  1. EMV bei Schaltreglern sicherstellen
  2. Einfluss des Wicklungsanfangs
  3. Schirmwirkung im Nah- und Fernfeld

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