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Methoden der Baugruppenentsörung

Kapazitiver Touch - EMV-Störaussendungsprobleme lösen

29. Juni 2018, 13:00 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Der Wirkzusammenhang

Bild 3 zeigt den Wirkzusammenhang zur Störaussendung. Von der Elektrode EL geht bei Speisung mit HF-Spannung ein elektrisches Feld aus. Das Feld ist in zwei Bereiche unterteilbar. Das Feld, das von der Elektrode E3 zur Masse der Touch-Baugruppe führt, ist der Kapazität C3 zugeordnet. Es verringert den Wirkungsgrad des Touchs. Das Feld E1, das von der Elektrode EL zum Finger oder zur Umgebung (Chassis) geht, ist der Kapazität C1 zugeordnet. Es steuert den Touch. Entlang der Feldlinien E1 fließt ein Verschiebestrom. Der Verschiebestrom fließt praktisch durch die Kapazität C1. Dieser Strom gelangt von der Elektrode EL auf das Chassis und fließt bei der EMV-Prüfung zur Bordnetznachbildung, von dort über die Bordnetzversorgung zur Touch-Baugruppe zurück. Dies ist der Strom, der die Störaussendung der Touch-Baugruppe verursacht. Er erzeugt in der Bordnetznachbildung an einem Messwiderstand die Ausgangsspannung UA der Bordnetznachbildung.

Bei der Messung dürfen die entsprechenden Grenzwerte der Störaussendung nicht überschritten werden. Aus Bild 2 kann man ablesen, dass ein hohes Feld E1 die Funktion des Touchs verbessert. Aus Bild 3 kann man ablesen, dass damit die Störaussendung proportional steigt. Dieser Wirkzusammenhang führt sehr häufig zur Grenzwertüberschreitung im Bereich von 150 kHz bis 5 MHz.

Die Lösungsmöglichkeiten

Es gibt zwei grundsätzliche Wege, das Störaussendungsproblem zu lösen. Zum einen kann die Schaltung auf Basis von Bild 1 zugrunde gelegt werden. Dort hält sich die Ausbreitung des elektrischen Feldes E1 in Grenzen. In dieser Lösungsmöglichkeit ist der Bauteilaufwand höher. Zum anderen können an bestehenden Schaltungen Veränderungen zur Verbesserung der Störaussendung eingebracht werden. Das Ziel ist, den durch das Feld E1 bzw. durch die Kapazität C1 fließenden Strom von der Bordnetznachbildung fern zu halten.

Folgende drei Veränderungen sind in unserem Beispiel möglich (4):

1. Einbau von Induktivitäten in den Bordnetzanschluss der Touchbaugruppe

Die Induktivität muss in den Anschluss der Klemme 30, 31 eingebaut werden. Als Induktivität wird eine Drosselspule genutzt. Es muss keine stromkompensierende Drossel sein, sondern es können einzelne Drosseln sein. Die Drossel sollte eine Induktivität > 10 µH besitzen. Diese Drosseln mindern den Stromfluss im Bereich >100 kHz. Sie reduzieren den Strom, der durch die Bordnetznachbildung zur Touch-Baugruppe fließt. Damit reduzieren sie das Messsignal in der Bordnetznachbildung.

2. Einbau einer Drossel in der Zuleitung zur Elektrode EL

Diese Drossel mindert den Stromfluss in die Elektrode EL. Damit wird ebenfalls wie unter 1. beschrieben das Messsignal in der Bordnetznachbildung abgeschwächt. Ob in der Praxis die Variante 1 oder 2 verwendet wird, sollte experimentell ermittelt werden. Wenn die Touch-Baugruppe mehrere Elektroden hat, dann kann die Lösungsvariante 1 eine geringere Zahl von Induktivitäten bedeuten. Das ist weniger kostenintensiv.

3. Verbindung der Masse der Touch-Baugruppe mit dem Chassis des Fahrzeugs

Wenn die Touch-Baugruppe mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden wird, kann der Strom vom Chassis an der Bordnetznachbildung vorbei direkt zur Touch-Baugruppe fließen. Damit verringern sich der Strom und das Messsignal in der Bordnetznachbildung. Bei dieser Maßnahme teilt sich der Strom nach dem Verhältnis der Widerstände der beiden Stromwege auf. Das bedeutet, dass die Verbindung von der Touch-Baugruppe zum Chassis viel kürzer und massiver sein muss als die Leitung zur Bordnetznachbildung. Wenn beide Leitungen gleich sind, ergibt sich eine Minderung um den Faktor 1,5, d.h. von 6 dB.