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7-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

EMV Entstörung eines

EMV Entstörung eines mit PWM (Pulsweitenmodulation) betriebenen Gleichstrommotors Störaussendungsmessungen mit Netznachbildung NNB 21 oder HF- Stromwandler HFW 21 und der Software für Spektrumanalysatoren ChipScan-ESA der Langer EMV-Technik Der Prüfling besteht aus einer Leiterkarte mit Netzteil, Mikrocontrollersteuerung, PWM und einem Gleichstrommotor. An den PWM-Ausgang der Leiterkarte ist der Gleichstrommotor angeschlossen. Der Gleichstrommotor besteht üblicherweise aus Anker, Poltopf und Kollektor mit Bürsten. Es gibt drei markante Störquellen: 1. Netzteil (bei einem galvanisch getrennten Netzteil ist die Entstörung kompliziert) 2. PWM-Schaltung 3. Schaltvorgänge am Kommutator in Verbindung mit der Ankerinduktivität des Gleichstrommotors Die Störungen können am Stromversorgungseingang der Leiterkarte mit einer Netznachbildung gemessen werden. Die Entstörung ist deshalb kompliziert, da sich die drei aufgezählten Störquellen überlagern. Aus Bild 1 Schematische Darstellung des Prüflings und der markanten Störquellen dem Spektrum lässt sich im Allgemeinen schwer rückverfolgen, welche Störquelle die Probleme verursacht. Bei PWM-Betrieb des Gleichstrommotors gibt es außerdem noch eine Resonanz zwischen dem PWM-Signal und der kommutierten Ankerinduktivität. Diese Resonanz verstärkt die Störungen erheblich. Bei Gleichstrombetrieb des Motors vereinfacht sich die Situation. Es ist sinnvoll, die drei Störquellen getrennt voneinander zu entstören. Am besten beginnt man mit dem Netzteil. Anstelle des Gleichstrommotors wird ein Lastwiderstand verwendet. Der Gleichstrommotor kann passiv mit in den Versuchsaufbau einbezogen werden. Er wird dann nur über die Entstörkondensatoren C3 angeschlossen (Bild 1). Die PWM ist in diesem Fall ausgeschaltet. Netzteile mit galvanischer Trennung erzeugen einen sehr starken kapazitiven Strom durch den Schaltnetzteiltransformator hindurch. Dieser Strom kann durch die du/dt-Begrenzung der Schaltund Rückschlagspannung reduziert werden. Meist reicht das nicht aus. Durch Einfügen des Kondensators C1 (Bild 1) wird dieser Strom auf die Quellseite zurück geleitet. Die Wirkung der Maßnahmen wird mit der Netznachbildung NNB 21 oder dem HF Stromwandler HFW 21 und mit der Software ChipScan-ESA gemessen und dokumentiert. In der Software können die zueinander gehörigen Spektren beliebig eingefärbt, übereinandergelegt und dadurch schnell verglichen werden. Die Entstörung der PWM- Schaltung ist meist komplizierter, denn die für die Löschung des Bürstenfeuers notwendigen Störkondensatoren C3 leiten das PWM-Signal auf den Poltopf und von dort auf die Massebezugsfläche (GP 23) der Messanordnung. Der Strom fließt über die NNB 21 zurück und wird dort als Störstrom gemessen. Der Weg vom Poltopf zur GP 23 kann über eine feste Masseverbindung (A) oder über eine parasitäre Kapazität C5 (Bild 1) erfolgen. Bei PWM-Betrieb sollten die Kondensatoren C3 klein sein (um 1 nF) damit der abfließende PWM-Störstrom in Grenzen gehalten wird. Das genügt meist nicht. Es ist dann notwendig in die PWM-Leitung zum Gleichstrommotor Längsdrosseln einzufügen, die den PWM- Störstrom weiter reduzieren. Es ist darauf zu achten, dass für PWM-Betrieb kein für Gleichstrom entstörter Motor verwendet wird. Diese Motoren können Kondensatoren C3 von 10 - 100 nF enthalten und diese würden dann bei PWM-Betrieb den Störstrom wesentlich erhöhen. Durch galvanische Trennung des Poltopfes kann meist nur im unteren Frequenzbereich der Störstrom reduziert werden, da die Poltopf- Masse-Kapazität C5 die galvanische Trennung überbrückt. Zur Löschung der Bürstenstörungen sind im Widerspruch zu dem oben gesagten die Kondensatoren C3 möglichst größer 1 nF erforderlich. Das stößt auf schwer lösbare Gegensätze zur PWM-Entstörung. Dieses Problem wird durch die schon oben genannten Längsdrosseln in der PWM-Leitung gemindert. Auch aus dem Motor herausragende Metallwellen können erhöhte Auskopplungen bewirken, so dass auch konstruktive Maßnahmen helfen können. All diese Maßnahmen werden mit der Netznachbildung NNB 21 oder dem HFW 21 bewertet und der Software ChipScan-ESA ausgewertet. Insgesamt besteht die Aufgabe, alle genannten Maßnahmen so abzustimmen, dass alle drei Störquellen zufriedenstellend beherrscht werden. ■ Langer EMV-Technik GmbH www.langer-emv.com 50 hf-praxis 7/2016

Baugruppen und Module Neue Richtkoppler für Mikrowellen Die neue Serie von Richtkopplern der Knowles-Marke DLI liefert ein weiteres Beispiel, wie temperaturstabile Materialien mit hoher Permittivität die Baugröße bzw. das Gewicht reduzieren und exzellent reproduzierbare Leistungsdaten bieten können. Bei der Herstellung dieser Richtkoppler kleiner Baugröße kommt DLIs Präzisions-Dünnfilmtechnologie zur Anwendung, und die Bauteile bieten eine bemerkenswerte Option für Mikrowellensysteme in kommerziellen, Militär- und Weltraum-Anwendungen. Für eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm ausgelegt, bieten sie eine schlüsselfertige, oberflächenmontierbare Lösung für die Überwachung von Hochfrequenzleistung. Die Viertorkoppler eignen sich exzellent für Hochfrequenzsignal-Überwachungsanwendungen, bei denen Platinenfläche kostbar ist und eine Leistungsdetektion oder -injektion hoher Qualität benötigt wird. COTS-Bausteine (Commercial off the Shelf) decken die Bänder C, X und Ku ab und bieten schnelle Lösungen in einem SMT-lötbaren Gehäuse mit flexibler Konfiguration für Leiterplatten-Bestückungslinien. Kopplungswerte von sowohl 10 dB als auch 20 dB sind in jedem Frequenzband erhältlich, beide mit einem gemeinsamen Footprint für maximale Flexibilität. Die Bauteile sind für eine hohe Richtwirkung, exzellente Reproduzierbarkeit und stabile Frequenz über den Temperaturbereich von -55 bis +125 °C ausgelegt. Chip- und bedrahtete Bauteile mit denselben Kompakter 8-A-Regler mit weitem Eingangsspannungsbereich Linear Technology Corp. präsentierte den LTM4642, einen Dual-4-A- oder Single- 8-A-µModule-Abwärtsregler (Stromversorgungsmodul) in einem nur 9 x 11,25 x 4,92 mm großen BGA-Gehäuse. Der Regler bietet einen Eingangsspannungsbereich von 2,375 bis 20 V und liefert zwei geregelte Ausgangsspannungen, die im Bereich von 0,6 bis 5,5 V einstellbar sind. Beide Kanäle arbeiten als Synchron- Abwärtsregler mit hohem Wirkungsgrad. Bei 12, 5 bzw. 3,3 V Eingangsspannung und 1,8 V Ausgangsspannung und Volllast bietet der Regler einen Wirkungsgrad von 88%, 91% bzw. 93%. Die beiden 4-A-Ausgänge können zu einem 8-A-Ausgang parallel geschaltet werden. Der Regler zeichnet sich durch eine Ausgangsspannungsgenauigkeit von ±1,5% über die vollen Eingangsspannungs- und Lastbereiche aus, die über den Temperaturbereich von -40 bis +125 °C garantiert wird. Die kompakten Abmessungen, der hohe Wirkungsgrad und das Zweikanal-Design des Point-of-Load-Reglers LTM4642 ermöglichen es Systementwicklern, die Leiterplattenfläche zu reduzieren oder den Regler auf dicht bestückten Leiterplatten mit wenig freier Fläche einzusetzen. Typische Anwendungen für den LTM4642 sind industrielle, medizinische und Robotik-Systeme sowie Messgeräte und Telekom-Systeme. Der LTM4642 kann mit einer externen Taktfrequenz zwischen 600 kHz und 1,4 MHz synchronisiert werden. Zur Verringerung der Ausgangsspannungs-Welligkeit arbeiten die beiden Ausgänge um 180° phasenverschoben. Bei 12 V Eingangsspannung und 1 V Ausgangsspannung kann der Regler dank des niedrigen Wärmewiderstands des Gehäuses bei Umgebungstemperaturen bis 95 °C ohne Zwangskühlung den vollen Ausgangsstrom liefern; bei einem Kühlluftstrom von 200 LFM ist bis 100 °C Umgebungstemperatur der volle Ausgangsstrom verfügbar. ■ Linear Technology Corp. www.linear.com Leistungsdaten sind ebenfalls verfügbar – wie auch kundenspezifische Lösungen, um individuellen Größen- und Leistungsparametern gerecht zu werden. ■ Knowles Capacitors www.knowlescapacitors.com Modular Devices neu bei EMCO Seit März 2016 ist EMCO der exklusive Vertreter von Modular Devices Inc. (MDI) aus New York. 1973 gegründet, ist MDI zu einem namhaften Hersteller von Spannungsversorgungen, Netzteilen, Steuereinheiten, Regelsystemen, Konvertern und Verteilnetzwerken herangewachsen. MDI fertigt alles in-house und liefert alles mit MIL- und Space-E-Testprozeduren. Zu Lande, zu Wasser, in der Luft oder im Weltall, militärisch oder zivil, die Komponenten von MDI finden überall ihre Anwendung. So zum Beispiel ist MDI in Space- Projekten, wie SpaceX Falcon, Glonass-K, ISS, Mars Pathfinder, oder militärischen Anwendungen, wie Typhoon, F-14, F16, Eurofighter oder CH-53, zu finden. Mit internem EMI-Filter, hermetisch dicht, in verschiedenen Gehäusen, großen Temperaturbereichen oder kundenspezifisch hat MDI fast immer die richtige Lösung. ■ EMCO Elektronik GmbH www.emco-elektronik.de hf-praxis 7/2016 51

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