EMV. Störungssicherer Aufbau elektronischer Schaltungen 4., erweiterte und überarbeitete Auflage Mit 240 Abbildungen und 16 Fallbeispielen STUDIUM

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1 Joachim Franz EMV Störungssicherer Aufbau elektronischer Schaltungen 4., erweiterte und überarbeitete Auflage Mit 240 Abbildungen und 16 Fallbeispielen STUDIUM VIEWEG+ TEUBNER

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort Vorwort zur vierten Auflage Inhaltsverzeichnis Schreibweisen und Hinweise V VII IX XIV 1 Einleitung 1 2 Grundbegriffe und Grundlagen Das Modell der Störbeeinflussung Spannungs- und Stromübertragung Der Störabstand als Gütekriterium Quellen und Empfänger für die Stromübertragung Stromquelle mit einem Operationsverstärker Stromquelle mit einem 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 34

3 X Inhaltsverzeichnis Das Ersatzschaltbild von Transistoren Transformatoren und EMV 39 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 Felder Zusammenfassung 59 4 Verfahren Die Stromanalyse Das Verfahren der Verschiebung der Knotenpunkte Beispiele zur Stromanalyse und Verschiebung der Knotenpunkte Die Stromumschaltanalyse 67 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 89

4 Inhaltsverzeichnis XI 5.7 Logik-Fehler und Strahlung bei digitalen ICs durch Ground Bounce Beispiele für das Layout des Versorgungsspannungssystems Abblockung auf Zweilagenleiterplatten - Zusammenfassung Abblockung auf Multilayern Die Impedanz des Abblocksystems Ein einfaches Modell des Leiterplattenkondensators Stehende Wellen auf dem Masse-/Versorgungssystem Berechnung des Abschlusswiderstandes einer rechteckigen Leiterplatte Abblockmaßnahmen Abblockung auf Multilayern - Zusammenfassung Simulation des Versorgungssystems mit SPICE Dimensionierung der Elemente des Simulationsmodells Erstellen des Simulationsmodells der Testleiterplatte Vergleich von Simulations-und Messwerten Masse- und Signalstrukturen Reihenmassestruktur Masseschleifen Entkopplungsmethoden Vermaschung Stemstruktur Galvanische Trennung Differenzbildung Stromkompensierte Drossel (Gleichtaktdrossel) Schutzleiterdrossel Getrenntes Potentialbezugssystem Symmetrische Struktur Stromübertragung Filter Weitere Entkopplungsmethoden durch Änderung der Signalgröße 165

5 XII Inhaltsverzeichnis 7 Planung der EMV von Baugruppen, Geräten und Anlagen EMV-Zonen Einrichten von EMV-Zonen in elektronischen Schaltungen Ein leitfähiges Gerätegehäuse als EMV-Zonengrenze Konstruktive Voraussetzungen für EMV-Filter Massestruktur von Baugruppen Verkopplung einer Baugruppe mit der Umgebung Entkopplung durch Sternstruktur Verkopplung durch kapazitiven Rückschluss Entkopplung zwischen Baugruppe und Umgebung durch eine weitere Masseschleife Maßnahmen bei ungünstiger Platzierung der Anschlüsse Entwicklungbegleitendes Testverfahren zur Prüfung des Massesystems Strahlungskopplung bei ungünstiger Massestruktur Teilmassen und Kabel als Antennenstrukturen Strahlung von ICs durch Ground-Bounce Strahlung von Schlitzantennen Massestrukturen von Geräten Masseschleifen und Kopplungen in einer Anlage Verbindung von Baugruppen Transferadmittanz und Transferimpedanz Ein- oder beidseitiger Anschluss von Kabelschirmen Anschluss von Kabeln Zonen mit definiertem Massebezugspotential Strukturierung der Masse digitaler Schaltungen Zusammenfassung 214

6 Inhaltsverzeichnis XIII 8 Fallbeispiele Das klassische Spannungsteiler-Problem Stereoverstärker Beispiele für Stromübertragung Ein strahlendes Kabel Messfehler bei elektronischen Messgeräten durch Masseströme Signalstruktur höchstempfindlicher analoger Messschaltungen Störungen an einem Personal Computer Ungünstige Massestruktur einer zugekauften Baugruppe Brummstörungen an einer Telefonanlage Verbindung von Analog-und Digitalmasse Strukturierung einer Digitalschaltung mit einem schnellen Schaltungskern Planung an einem Baugruppenträger EMV-gerechte konstruktive Gerätegestaltung Strahlung einer Baugruppe mit LCD-Display Analyse von Schaltnetzteilen Analyse eines Aufwärtswandlers Analyse eines Abwärtswandlers Analyse eines Flyback Reglers Entstörung von IGBT-Umrichtern Problemstellung " Analyse der Störungen Lösungsansätze Die Kommutierung und die kritische Masche Integration von Umrichter-Leistungsteil und Motor Zusammenfassung Abschließende Betrachtungen 265 Literaturverzeichnis 269 Sachwortverzeichnis 273