Joachim Franz EMV. Störungssicherer Aufbau elektronischer Schaltungen. 2., erweiterte Auflage. Mit 213 Abbildungen und 14 Fallbeispielen.

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1 Joachim Franz EMV Störungssicherer Aufbau elektronischer Schaltungen 2., erweiterte Auflage Mit 213 Abbildungen und 14 Fallbeispielen Teubner B.G.Teubner Stuttgart Leipzig Wiesbaden

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort Vorwort zur zweiten Auflage Inhaltsverzeichnis Schreibweisen und Hinweise V VII IX XIV 1 Einleitung 1 2 Grundbegriffe und Grundlagen Modell der Störbeeinflussung Spannungs- und Stromübertragung Der Störabstand als Gütekriterium Sender und Empfänger für die Stromübertragung Stromquelle mit einem Operationsverstärker Stromquelle mit Transistor Stromquelle mit Operationsverstärker und Transistor Auswahl einer geeigneten Stromquelle Stromempfänger Unsymmetrische und symmetrische Übertragung Teilkapazität und Betriebskapazität Selbstinduktivität und Gegeninduktivität EMV-Ersatzschaltbilder von Bauelementen Das Ersatzschaltbild von Leitungen Das Ersatzschaltbild von Widerständen Das Ersatzschaltbild von Kondensatoren Das Ersatzschaltbild von Spulen Das EMV-Ersatzschaltbild von Transistoren Transformatoren und EMV 34

3 X Inhaltsverzeichnis 3 Kopplungsmechanismen Kapazitive Kopplung Kapazitive Kopplung in unsymmetrische Signalkreise Amplitudengang der eingekoppelten Störung Kapazitive Kopplung in symmetrische Signalkreise Induktive Kopplung Induktive Kopplung in Signalkreise Induktive Kopplung von Gleichtaktstörungen in symmetrische Signalkreise Dämpfung magnetischer Felder durch Kurzschlussringe Impedanzkopplung Impedanzkopplung in unsymmetrische Signalkreise Impedanzkopplung in symmetrische Signalkreise Kopplung durch elektromagnetische Wellen Zusammenfassung 54 4 Verfahren Die Stromanalyse Das Verfahren der Verschiebung der Knotenpunkte Beispiele zur Stromanalyse und Verschiebung der Knotenpunkte Die Stromumschaltanalyse 61 5 Abblockung elektronischer Schaltungen Das Wechselstrom-Ersatzschaltbild für die Abblockung Ströme auf dem Masse-und Versorgungssystem Gruppenabblockung und Einzelabblockung Auswahl geeigneter Abblockkondensatoren Parallelschaltung von Abblockkondensatoren Anschluss von Kondensatoren Logik-Fehler und Strahlung bei digitalen ICs durch Ground Bounce Beispiele für das Layout des Versorgungsspannungssystems Abblockung auf Zweilagenleiterplatten - Zusammenfassung Abblockung auf Multilayern 92

4 Inhaltsverzeichnis XI Die Impedanz des Abblocksystems Stehende Wellen auf den Versorgungslagen Berechnung des Abschlusswiderstandes einer rechteckigen Leiterplatte Ein einfaches Modell des Leiterplattenkondensators Abblockmaßnahmen Abblockung auf Multilayern - Zusammenfassung Messung der charakteristischen Größen von Kondensatoren Messung der Leiterplattenimpedanz Masse- und Signalstrukturen Reihenmassestruktur Masseschleifen Entkopplungsmethoden Vermaschung Sternstruktur Galvanische Trennung Differenzbildung Stromkompensierte Drossel (Gleichtaktdrossel) Schutzleiterdrossel Getrenntes Potentialbezugssystem Symmetrische Struktur Stromübertragung Filter Weitere Entkopplungsmethoden durch Änderung der Signalgröße Planung der EMV von Geräten und Anlagen EMV-Zonen Ein leitfähiges Gerätegehäuse als EMV-Zonengrenze Konstruktive Voraussetzungen für EMV-Filter Einrichtung von EMV-Zonen in Geräten Massestrukturen von Geräten Massestruktur von Baugruppen 154

5 XII Inhaltsverzeichnis Verkopplung einer Baugruppe mit der Umgebung Entkopplung durch eine Sternstruktur Verkopplung durch kapazitiven Rückschluss Maßnahmen bei ungünstiger Platzierung der Anschlüsse Entwicklungbegleitendes Testverfahren zur Prüfung des Massesystems Strahlungskopplung bei ungünstiger Massestruktur Teilmassen als Antennenstrukturen Strahlung von ICs durch Ground-Bounce Strukturierung einer Digitalschaltung mit einem schnellen Schaltungskern Strahlung von Schlitzantennen Planung der Entkopplung in einer Anlage Verbindung von Baugruppen Transferadmittanz und Transferimpedanz Anschluss von Kabeln Zonen mit definiertem Massebezugspotential Strukturierung der Masse digitaler Schaltungen Zusammenfassung Fallbeispiele Das klassische Spannungsteiler-Problem Stereoverstärker Schallplattenwiedergabe mit Netzbrumm Beispiele für Stromübertragung Ein strahlendes Kabel Messfehler bei elektronischen Messgeräten durch Masseströme Signalstruktur höchstempfindlicher analoger Messschaltungen Analyse eines Schaltnetzteiles Störungen an einem Personal Computers Ungünstige Massestruktur einer zugekauften Baugruppe Brummstörungen an einer Telefonanlage Planung an einem Baugruppenträger 207

6 Inhaltsverzeichnis XIII 8.13 EMV-gerechte konstruktive Gestaltung Entstörung von IGBT-Umrichtern Problemstellung Analyse der Störungen Lösungsansätze Die Kommutierung und die kritische Masche Messungen Abschließende Betrachtungen 223 Literaturverzeichnis 225 Sachwortverzeichnis 227