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9-2021

Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

EMV des Schaltknotens so

EMV des Schaltknotens so weit wie möglich zu verkleinern, um ein Leiterplattenlayout mit geringer EMI zu erzielen. Wie lässt sich das Ganze zusammenfassen? Das EMI-Verhalten einer Stromversorgung hängt in erster Linie vom eingesetzten Stromversorgungs-IC ab, aber selbst ein Hochleistungs-IC kann nur bei einer gezielten Auswahl der Komponenten und einem optimierten Leiterplattenlayout geringe EMI aussenden. In diesem Artikel wurden einige Methoden untersucht, um die leitungsgeführten Emissionen (CE) im FM-Band zu minimieren. Dazu wurde eine Baugruppe eingesetzt, die um den Automobil-HUD-LED-Treiber LT3922-1 aufgebaut wurde. Das Anlegen einer CM-Drosselspule an die positiven und negativen Eingangsleitungen steigerte die Impedanz in der Schleife mit Gleichtakt-Stromrauschen. Unterschiedliche Spulen mit verschiedenen Kernmaterialien, Kernaufbauten und Wicklungskonstruktionen ergaben ein unterschiedliches EMI- Verhalten. Es ist schwierig zu bestimmen, welches die geeignetste Spule ist, wenn man nur auf die Spezifikationen schaut – man sollte sie deshalb in einem EMV-Labor untersuchen und miteinander vergleichen. Die Anordnung der Spulen auf der Baugruppe ist ebenfalls wichtig. Eine reduzierte Schaltgeschwindigkeit und verkleinerte Kupferfläche des Schaltknotens können auch dabei helfen, die FM-Band-CE zu verringern. Wenn der Prüfling ein Schaltregler ist, der einen Controller-Teil (externe MOS- FETs) nutzt, kann die FM-Band- EMI durch Verlangsamen der Schaltflanken und minimieren der Fläche der „heißen Schleife“ weiter reduziert werden. Referenzen Ling Jiang, Frank Wang, Keith Szolusha, und Kurk Mathews. “A Practical Method for Separating Common-Mode and Differential-Mode Emissions in Conducted Emissions Testing.” Das Autoren-Team Gengyao Li ist Applications Engineer in der Power Products Group von ADI in Santa Clara, Kalifornien. Sie ist verantwortlich für die Entwicklung und Evaluierung von DC/ DC-Wandlern einschließlich Aufwärts- und Ab-/Aufwärtswandler sowie LED-Treiber. Gengyao erhielt ihren M.S.- Titel in Electrical Engineering 2017 von der Ohio State University. Man erreicht sie unter gengyao.li@analog.com. Analog Dialogue, Vol. 55, No. 1, Januar 2021 Keith Szolusha und Gengyao Li. “Does the Assembly Orientation of an SMPS Inductor Affect Emissions?” emiTime, August 2020 Ranjith Bramanpalli. “ANP047: The Behavior of Electro-Magnetic Radiation of Power Inductors in Power Management.” Würth Elektronik, März 2018 ◄ Dongwon Kwon ist Staff Design Engineer in der Power Products Group von Analog Devices. Er entwickelt seit 2012, als er zu Linear Technology (heute ein Geschäftsbereich von ADI) kam, analoge und Leistungs-ICs für Abwärts-, Aufwärts und Ab-/ Aufwärts-Spannungsregler und LED-Treiber. Dongwon besitzt einen PH.D.- und M.S.-Titel vom Georgia Institute of Technology und einen B.S.-Titel von der Seoul National University (Korea). Man erreicht ihn unter dongwon.kwon@analog.com Keith Szolusha ist Applications Director bei Analog Devices in Santa Clara, Kalifornien. Keith arbeitet in der BBI Power Products Group, die sich auf Aufwärtsund Ab-/Aufwärtswandler sowie LED-Treiber-Produkte fokussiert und betreut auch die EMI-Testkammern für diese Leistungsprodukte. Er erwarb 1997 einen Titel als B.S.E.E. und 1998 einen als M.S.E.E. vom MIT in Cambridge, Massachusetts, mit dem Schwerpunkt auf technische Dokumentation. Man erreicht ihn unter keith.szolusha@analog.com. 40 hf-praxis 9/2021

EMV Störungsfreie Stromversorgung – aber wie? Dieser Artikel betrachtet elektromagnetische Interferenzen (EMI) und Filter in Stromversorgungskonzepten. Autor: Frederik Dostal, Field Applications Engineer Analog Devices Inc. www.analog.com Die meisten Elektroniksysteme benötigen eine Wandlung der Spannung der Stromversorgung auf die Spannung der Schaltung, die versorgt werden soll. Hierfür kennt man heute diverse Konzepte, die vom einfachen Linearregler über Ab- und Aufwärtswandler bis hin zu isolierenden Topologien reichen. Bestimmte Formen können jedoch schwer zu entwickeln sein und die Schaltfrequenz ist auch nicht fest, was manchmal zu EMV- Problemen führt. EMI-Betrachtungen Elektromagnetische Interferenzen (EMI) sind immer ein wichtiger Punkt, den man bei der Entwicklung eines Schaltnetzteils beachten muss. Der Grund dafür ist, dass Schaltnetzteile hohe Ströme in sehr kurzen Zeitspannen ein- und ausschalten. Je schneller sie schalten, desto höher ist der Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Schnelle Schaltvorgänge reduzieren jedoch die Zeitspanne, zu der ein Schalter eingeschaltet ist. Während diesem Schaltübergang werden die meisten Schaltverluste erzeugt. Bild 1 zeigt die Signalform am Schaltknoten eines Schaltnetzteils. Man stelle sich nun einen Abwärtsregler vor. Die hohe Spannung wird durch den Stromfluss durch den High-Side- Schalter definiert und die untere durch den fehlenden Stromfluss durch den High-Side-Schalter. In diesem Bild kann man erkennen, dass ein Schaltnetzteil nicht nur Störungen durch die eingestellte Schaltfrequenz erzeugt, sondern auch durch die Schnelligkeit der Schaltübergänge, die eine wesentlich höhere Frequenz aufweisen. Während die Schaltfrequenz üblicherweise zwischen 500 kHz und 3 MHz liegt, können die Schaltübergänge nur wenige Nanosekunden kurz sein. Bei einem Schaltübergang von 1 ns ergibt dies eine korrespondierende Frequenz von 1 GHz im Spektrum. Diese beiden Frequenzen treten meist als abgestrahlte und leistungsgebundene Emissionen auf. Weitere Frequenzen durch Schwingungen in der Regelschleife oder Interaktionen zwischen der Stromversorgung und möglichen Filtern können ebenfalls noch auftreten. Der Autor Frederik Dostal studierte Mikroelektronik an der Universität Erlangen in Deutschland. Er startete 2001 seine Tätigkeit im Bereich Powermanagement und hatte seither verschiedene Applikationsfunktionen inne, u.a. vier Jahre in Phoenix, Arizona, wo er an Schaltnetzteilen arbeitete. Er kam 2009 zu Analog Devices und arbeitet seither als Field-Applications-Engineer für das Powermanagement bei Analog Devices in München. Man erreicht ihn unter frederik.dostal@ analog.com. hf-praxis 9/2021 41

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