TV-LCDs: Kräftiger Wachstumsschub

23. August 2006, 9:44 Uhr | Heinz Arnold, Markt&Technik

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Um leicht verwendbare Modelle zu gewinnen, muss man den komplexen physikalischen Aufbau der Bauteile so vereinfachen, dass nicht jede Wicklung eines Folienkondensators oder jede Windung einer Drossel im Feldsimulator nachgebildet werden muss. Wichtig für die Berechnungen ist die korrekte Wiedergabe der Magnetfeldform und des Betrages des erzeugten magnetischen Flusses. Bei Kondensatoren wird dazu mit so genannten äquivalenten Strompfaden und Ersatzleitfähigkeiten gearbeitet. Bei Drosseln erfolgt die Einbindung des Ferritmaterials und der Windungszahl durch Transformationen im Schaltungssimulator. Damit lassen sich die Modelle für den Feldsimulator einfach halten. So lassen sich Eigeninduktivität und Verkopplungen mit den umliegenden Objekten dem bisherigen Schaltungsmodell hinzufügen.

Wie anhand von Bild 1 bereits erläutert, stellen Kopplungen innerhalb von Filterschaltungen ein großes Problem dar. Unter Verwendung der PEEC-Modelle ist jetzt eine bessere Performance- Vorhersage möglich. Hardware und Modell des in der Praxis oft verbauten Netzfilters sind in Bild 3 zu sehen. Betrachtet man nun die Filterperformance in Bild 1, dann zeigt sich, dass nun die Kurve (blau), die man durch Einbindung der Kopplungen gewinnt, viel näher an der Messkurve (rot) liegt, als die bisher übliche Filternachbildung (grün). Da nun eine genaue Abbildung der Realität möglich ist, lassen sich verschiedene Bauteilanordnungen leicht testen. Eine Verringerung der Verkopplung beispielsweise ergibt sich mit zunehmendem Abstand der Bauteile. Platz sparender ist allerdings die Alternative der Bauteildrehung. Hier ergibt sich ein deutlicher Dämpfungsgewinn durch eine 90°- Drehung des Kondensators, welcher an der Seite der Störquelle sitzt (Bild 2). Da dieser ein »heißes« Bauteil ist, wirkt sich schon ein geringerer Koppelgrad signifikant aus. Bei paralleler Anordnung der Kondensatoren ergibt sich eine maximale Überkopplung, da das Magnetfeld, welches der vom Strom durchflossene Folienwickel erzeugt, senkrecht durch die Fläche tritt, welche der gegenüber liegende Kondensator aufspannt (rote Kurve in Bild 2). Bei senkrechter Anordnung liegen Magnetfeld und Fläche parallel zueinander, sodass die eingekoppelte Spannung minimal ist (grüne Messkurve und blaue Simulationskurve in Bild 2).

Wie zwischen Kondensatoren lassen sich auch Beziehungen zwischen Kondensatoren und Drosseln, zwischen Drosseln und zwischen anderen passive Bauteilen finden. Damit sind für den EMV-Praktiker Designregeln ableitbar. Da sich diese Regeln mit einem Algorithmus gut fassen lassen, entstand die Idee, ein automatisches Platzierungstool für diese Aufgabe zu entwickeln. Dieses Platzierungswerkzeug wurde in Zusammenarbeit mit der Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik (GFaI) realisiert.

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Bild 3 Netzfilter, bestehend aus X-Kondensatoren und stromkompensierter Drossel, (links) und das Modell für den PEEC-Feldsimulator (rechts)

EMV-gerechte Bauteilplatzierung am PC

Mit diesem neuen Werkzeug lassen sich die 3D-Bauteile mit ihren entsprechenden magnetischen Eigenschaften unter Anwendung eines Regelwerkes interaktiv oder auch automatisch optimal anordnen. Über eine ASCIISchnittstelle werden dem Platzierungstool alle notwendigen Informationen bekannt gegeben – beispielsweise die Abmaße der Bauteile, die Bauteilarten, die Platzierungsflächen, mögliche Sperrflächen und alle relevanten Entwurfsregeln (Mindestabstände der Bauteile). Mehrere Bauteile lassen sich thematisch zu Gruppen zusammenfassen (z.B. »Eingangsfilter«), und vorplatzierte Bauteile wie beispielsweise ein Stecker werden ebenfalls von dem Tool berücksichtigt. Des Weiteren können mehrere Leiterplattenebenen für die Platzierung der Bauteile spezifiziert sein.

Das Tool berechnet in sehr kurzer Zeit die Anordnung der Bauteile im gegebenen Bauraum bei Einhaltung der Vielzahl von Abstandsregeln (Bild 4). Dem Anwender bietet es mehrere Anordnungsvorschläge an, die er mit seinem Fachwissen und unter Anwendung verschiedener interaktiver Funktionen des Werkzeugs weiter optimieren kann.

Fraunhofer IZM
Telefon 030/46 40 31 46
www.izm.fraunhofer.de 

GFaI
Telefon 030/63 92 16 56
www.gfai.de

Autoren

André Lissner ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Dr. Eckart Hoene ist Gruppenleiter am Fraunhofer IZM, Bernd Stube ist Gruppenleiter bei der GFaI

Ralf Higgelke, DESIGN&ELEKTRONIK

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Bild 4 Screenshot vom Autoplacement-Tool mit berechneter Bauteilanordnung. Sichtbar sind die Gruppen »Eingangsfilter «, »Zwischenkreis« und »Ausgangsfilter«.

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