9-2022

EMV Bitte nicht stören:

EMV Bitte nicht stören: EMV – Kenngrößen und Messung Teil 2: PFC & Immissionen Autoren: Heidrun Seelen, Vertriebsleitung und Frank Cubasch, Geschäftsführer Magic Power Technology GmbH www.mgpower.de Die Elektromagnetische Verträglichkeit, kurz EMV, ist ein wichtiges Thema für jedes elektrische System. Es darf einerseits die Umgebung nicht unzulässig beeinflussen und muss andererseits in diesen bestimmten Umgebungsbedingungen fehlerfrei arbeiten. In Teil 1 dieser EMV-Betrachtung wurden bereits die leitungs geführten und die abgestrahlten Emissionen beleuchtet. In Teil 2 werden als weitere Emissionen die PFC und der Flicker betrachtet. Ebenso soll in diesem Teil die Beeinflussung des Netzteils durch externe Störungen erläutert werden, also die Immissionen. Obwohl die Netzrückwirkungen, also die PFC und der Flicker, typischerweise als Immissionen gesehen werden, kategorisieren wir sie im Bereich Emissionen. Denn sie stören andere Geräte (wie z. B. Flicker die Beleuchtungseinrichtungen). PFC und Flicker Die Messung der PFC wird oftmals auch mit dem Stromflusswinkel (cos phi) verglichen. Dabei geht die Anforderung der EN61000- 3-2 jedoch deutlich weiter. Bei einem Aufbau ohne PFC-Stufe wie in Bild 1 erfolgt nur dann ein Stromfluss von der Netzseite, wenn die aktuelle Spannung am Ladeelko kleiner als die aktuelle Ist-Spannung des Netzes ist. Da der Ladeelko aber auch Netzeinbrüche ausgleichen muss, wird er in der Regel recht groß ausgeführt. Dadurch wird wiederum der Stromflusswinkel, also die Zeit, in welcher Strom von der Netzseite fließt, klein. Dies führt zu einer Belastung des Stromnetzes. Im folgenden Beispiel beträgt der Stromflusswinkel nur etwa 1 ms/Halbwelle (Bild 2). Am Beispiel wurde ein Netzteil mit 150 W Eingangsleistung ohne weitere Beschaltung vermessen. Das Limit der Klasse A ist hier bereits mit 31 % ausgeschöpft. Aktive oder passive PFC-Lösungen Zur Lösung bieten sich aktive oder passive PFC-Lösungen an. Während die passive PFC-Lösung darin besteht, eine recht große Induktivität in Reihe einzubringen, ist die aktive Lösung ein zusätzlicher galvanisch nicht getrennter DC/DC-Wandler. Er wird so angesteuert, dass er eine (nahezu) sinusförmige Stromaufnahme, ähnlich einem Widerstand, zulässt. Neuere Designs berücksichtigen i.d.R. nur aktive PFC-Stufen. Typischerweise wird die PFC- Stufe (Bild 3) so ausgelegt, dass sich eine Zwischenkreisspannung von konstant 370 - 380 VDC ergibt, unabhängig von der Netzspannung. Dies erlaubt, dass der folgende restliche Teil der Schaltung, also FET und Übertrager, auf nur eine Betriebsspannung hin ausgelegt werden müssen. Vermessung eines Netzteils Bild 4 zeigt die Vermessung eines Netzteils mit aktiver PFC (Klasse D). Diese Messung wurde mit der gleichen genormten Eingangsleistung durchgeführt. Während in der Mes- Bild 1: Grobschema Netzteil ohne PFC Klasse A 162 PC & Industrie 9/2022

EMV Bild 2: Vermessung eines Netzteils ohne aktive PFC (Klasse A) Bild 2a: Netzteil ohne aktive PFC - MPE-S100 sung ohne PFC A der Spitzenstrom bei ca. 4 A liegt, entspricht der Stromverlauf bei einem Netzteil mit aktiver PFC nahezu dem mit einer ohmschen Widerstandslast. Der Spitzenwert bleibt mit knapp 1 A peak deutlich unter dem der Variante ohne PFC. Auswirkung eines Netzteils ohne PFC Wie wirkt sich nun ein entsprechendes Netzteil ohne PFC auf andere Verbraucher aus oder verursacht Netzrückwirkungen? Vereinfacht kann man das Phänomen mit einem Schwimmer vergleichen, der im Meer gegen die Strömung anschwimmt. Die Meereswellen stellen hierbei die 50-Hz-Netzschwingung (Strom) dar. Durch den Schwimmvorgang werden auf die Wellen jedoch kleine Oberwellen aufmoduliert. Bei einem einzelnen Schwimmer fallen diese nicht ins Gewicht. In Palma de Mallorca in der Ferienzeit werden die Oberwellen jedoch durch viel mehr Schwimmer verstärkt und letztendlich zur Verformung der Basiswellen führen. Im übertragenen Sinne müsste hier eine PFC Anwendung stattfinden. Die der PFC zugrundeliegende Norm ist die EN61000-3-2. Sie umfasst einen Leistungsbereich von 75 - 1000 W (Klasse D nur 600 W). Dies bedeutet, dass Anwendungen