Auswahl von Schaltregler-Modulen EMV-Eigenschaften selbst untersuchen

Emissionsverhalten auf der Ausgangsleitung

Bei dem hier betrachteten Power-Modul ist es sinnvoll, die leitungsgeführten Störungen auch auf der Ausgangsseite zu messen. Hierfür ist ein ISN (Impedance Stabilization Network) erforderlich, das nicht fest an Netzspannung liegt (wie das oben verwendete LISN), sondern wo über entsprechende Buchsen jede beliebige Spannung eingespeist oder auch eine Last angeschlossen werden kann. Dieses ISN wird zwischen Power-Modul und Lastwiderstand eingefügt, und ermöglicht so die Messung der HF-Spannung auf einem 50-Ω-Abschluss sowohl zwischen Uout+ und GND als auch zwischen Uout- und GND. Solche LISNs sind häufig ohne großen Aufwand herzustellen und können für Precompliance-Untersuchungen sogar selbst gebaut werden [2].

Bild 4 zeigt die entsprechende Messung an der Leitung Uout+.

Die dort noch eingeblendeten Grenzwertkurven haben hierbei natürlich keinen normativen Hintergrund, können zu Orientierungszwecken aber dennoch nützlich sein. Auch der untersuchte Frequenzbereich von 150 kHz bis 300 MHz ist ebenso wenig »normkonform« wie die verwendeten Einstellungen des Spektrumanalysators: Schrittweite 480 kHz, Dwelltime 20 ms, RBW 120 kHz.

Anders als die zuvor beschriebene Messung, soll diese keine normative Messung nachbilden, sondern lediglich einen Anhaltspunkt liefern, welcher Störpegel auf den Ausgangsleitungen vorhanden ist. Für die Bewertung der EMV-Eigenschaften ist dies ist in zweierlei Hinsicht interessant:

  • Der Störpegel im Ausgang des
  • Power-Moduls wird in die nachgeschaltete Elektronik eingespeist und kann dort zu funktionalen Problemen führen.
  • Genauso wie die Versorgungsleitungen können auch die Ausgangsleitungen – bei ausreichender Länge – als Antenne fungieren und vorhandene Störpegel abstrahlen.

Je höher die Frequenzen werden, desto bedeutsamer wird der zuletzt genannte Punkt, da der Antennenwirkungsgrad der Ausgangsleitungen (oder -Leiterbahnen) mit zunehmender Frequenz immer besser und damit das EMV-Problem immer größer wird. Aus diesem Grund wurde bei der Messung auch ein deutlich größerer Frequenzbereich (bis 300 MHz) untersucht, als dies bei der »klassischen« Messung geleiteter Störungen auf dem Netzkabel üblich ist.

Tatsächlich korrelieren die Ergebnisse der Messung gestrahlter Störungen (Freifeld/Absorberhalle) im höheren Frequenzbereich recht gut mit den gewonnenen Ergebnissen. Diese deutlich breitbandigere Messung setzt natürlich voraus, dass das verwendete ISN für diese Frequenzbereiche spezifiziert ist und idealerweise entsprechende Korrekturwerte für die Einfügungsdämpfung in der Mess-Software hinterlegt wurden.

In Bild 5 ist die Einfügungsdämpfung eines kleinen Selbstbau-LISN dargestellt, wobei der charakteristische Verlauf auch bei kommerziellen Geräten sehr ähnlich aussieht: Durch die kapazitive Auskopplung des Messsignals ist bei sehr niedrigen Frequenzen eine entsprechend hohe Einfügungsdämpfung zu beobachten, die dann mit zunehmender Frequenz nachlässt. Oberhalb etwa 100 kHz bis etwa 200 MHz liegt die Einfügungsdämpfung bei nur einigen wenigen dB, um dann zu höheren Frequenzen wieder größer zu werden. Um etwa 400 MHz liegt die Dämpfung bei –10 dB, bei knapp 800 MHz sind es etwa –13 dB. Für die vorgestellten Precompliance-Messungen könnte das Selbstbau-LISN auch ohne Korrekturwerte bis rund 200 MHz eingesetzt werden, ohne dabei erhebliche Messfehler zu verursachen.

Wird die Messung in einer ungeschirmten Umgebung durchgeführt, führt der zu hohen Frequenzen zunehmende Antennenwirkungsgrad natürlich auch zu einem »Empfang« externer EM-Felder. Die grüne Kurve in Bild 4 zeigt eine Leermessung, wo der Prüfling inklusive Kabeln in ausgeschaltetem Zustand gemessen wurde, und die Einkopplung unter anderem des UKW-Rundfunks gut zu erkennen ist. Die dunkelblaue Kurve wurde bei eingeschaltetem Prüfling aufgenommen und zeigt erhebliche Störenergie auch im Frequenzbereich oberhalb von 30 MHz.

 

Literatur

[1] Rohde & Schwarz HMS-X Spectrumanalyzer, https://www.rohde-schwarz.com
[2] Linear Technology DC2130A, https://www.briandorey.com/post/5uh-lisn-tester-project

 

Der Autor

Nils Dirks

ist Inhaber der 1993 gegründeten Dirks Compliance Consulting (DCC). Sie veranstaltet seit Anfang der 90er die Seminarreihe EMV-Praxis, in der er seit 2003 als Referent mitwirkt. Dirks arbeitete in den Jahren 1989-1991 als freier Mitarbeiter der Firma Compact Software in Paterson (New Jersey) und stellte 1992 stellte die erste Version der Software »Silent« vor, die seither kontinuierlich weiterentwickelt wird. Im eigenen Labor forscht er im Bereich EMV und gibt die Erkenntnisse in Seminaren und Beratungen weiter. Aus seiner Arbeit gingen diverse Veröffentlichungen hervor.