Elektromagnetische Verträglichkeit in der Praxis (eBook)

Dieter Stotz ist seit vielen Jahren als Entwickler für Sensorik und Signalverarbeitung tätig und begleitet Neuentwicklungen von der Konzeption bis zur Serienreife stets mit Fokus auf EMV und störungssicherer Ausführung. Viele nachträglich erforderliche Verbesserungen älterer Entwicklungen waren ebenfalls Aufgaben seiner Tätigkeit. Durch den Kontakt zu einigen Testhäusern wird er immer wieder auch mit der praktischen Durchführung normgerechter Messungen konfrontiert, sodass die Umsetzung der Richtlinien stets nach neuesten Erkenntnissen und Festlegungen erfolgen kann.

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 9
Abbildungsverzeichnis 11
Tabellenverzeichnis 17
Teil I Grundlagen und Festlegungen 19
1 Grundlagen zur Messtechnik und Wellenausbreitung 20
1.1 Absolutpegel und Bezugsgrößen 20
1.2 RMS-Wert 22
1.3 Relativpegel 23
1.4 Signalüberlagerung und Einzelpegel 23
1.5 Pegel-Rechenbeispiele 25
1.6 Feldstärke 27
1.7 Modulation 28
1.8 Pegelbewertung 30
1.9 Wellenfortpflanzung 35
1.10 Kleine Praxistipps zum Umgang mit Messgeräten 55
2 Arten der Störfestigkeit 60
2.1 Schnelle Transienten (Burst) 60
2.2 Leitungsgeführte Störspannung 63
2.3 HF-Störfeld 66
2.4 Elektrostatische Entladung (ESD = Electrostatic Discharge) 68
2.5 Stoßspannungen und Stoßströme 73
2.6 Niederfrequente Magnetfelder 76
2.7 Spannungseinbrüche 79
3 Arten der Störaussendung 81
3.1 Leitungsgeführte Störspannung 81
3.2 HF-Störfeld 82
3.3 Eigenerzeugte Magnetfelder 83
3.4 Spannungsschwankungen – Rückwirkungen ins Netz 86
4 Messungen zur Prüfung der Störfestigkeit 93
4.1 Ungünstigster Betriebsfall 93
4.2 Messungen zur Burst-Störfestigkeit 95
4.3 Messungen zur Störspannungsfestigkeit 100
4.4 Messungen zur Störstromfestigkeit 106
4.5 Messungen zur Störfeldfestigkeit 107
4.6 G-TEM-Zelle – Möglichkeiten und Grenzen 113
4.7 Messungen zu ESD 114
4.8 Messungen zur Stoßspannung 117
4.9 Messungen zu niederfrequenten Magnetfeldern 118
5 Messungen zur Prüfung der Störaussendung 120
5.1 Messung leitungsgebundener Störaussendung 121
5.2 Messung HF-Feld 124
6 Messungen im Testhaus 126
6.1 Terminplanung und Dokumente für den Gang ins Testhaus 126
6.2 Wahl des Testhauses 127
6.3 Vorbereitungen 128
6.4 Eigenes Equipment für den Besuch im Testhaus 129
6.5 Reihenfolge der Tests – ein Zeitkriterium 129
6.6 Interpretation und Bewertung der Ergebnisse 130
6.7 Grenzwerte nicht eingehalten – was nun? 130
7 Dokumentation 132
7.1 Inhalt einer EMV-Dokumentation 133
7.2 Form der Dokumentation 133
7.3 Konformitätserklärung 133
7.4 Konformitätserklärung in englischer Sprache 135
8 Normen und Rechtliches 136
8.1 Auswahl der Normen 137
8.2 Bewertungskriterien 138
Teil II Praxis und Erfahrungsbasis 139
9 Untersuchungen und Verbesserungen zur Störfestigkeit 140
9.1 Untersuchungen und Verbesserungen zur Burst-Störfestigkeit 140
9.2 Untersuchungen und Verbesserungen zur Störspannungsfestigkeit 143
9.3 Untersuchungen und Verbesserungen zur Störfeldfestigkeit 144
9.4 Untersuchungen und Verbesserungen zur ESD-Störfestigkeit 146
9.5 Untersuchungen und Verbesserungen zur Stoßspannungsfestigkeit 147
9.6 Untersuchungen zu niederfrequenten Magnetfeldern 148
9.7 Fallbeispiele 148
10 Untersuchungen und Verbesserungen zur Störaussendung 151
10.1 Untersuchungen und Verbesserungen zur leitungsgeführten Aussendung 151
10.2 Untersuchungen und Verbesserungen zur Feldaussendung 154
10.3 Fallbeispiele 154
11 Eigene Tests ohne normgerechtes Equipment 164
11.1 Improvisierter Burst-Test 165
11.2 Improvisierter Störspannungstest 168
11.3 Improvisierter Störfeldtest 172
11.4 Störspannungs-Emission mit einfachen Mitteln 174
11.5 Störfeld-Emission mit einfachen Mitteln 175
12 Entwicklungsbegleitendes Equipment 176
12.1 Immunität: Schnelle Transienten 176
12.2 Immunität: Leitungsgebundene Störspannung 177
12.3 Immunität: Elektrostatische Entladung (ESD) 178
12.4 Immunität: Einstrahlung 178
12.5 Immunität: Stoßspannung/Stoßstrom 181
12.6 Emission: Störspannung 182
12.7 Emission: Messempfänger oder Spektrumanalyzer 183
12.8 Zusätzliche Hilfsmittel 185
13 Designregeln 188
13.1 Allgemeines zur Anordnung von Schaltungsbereichen 188
13.2 Schutz- und Bypass-Elemente 191
13.3 Masseführung 198
13.4 Gehäuse-Anbindung und Erdung 206
13.5 Ein- und ausgehende Signalleitungen 208
13.6 Schutz diskreter Halbleiter 211
13.7 Schirmung von Kabeln und Spalten 212
14 Mikrocontroller-Steuerungen 215
14.1 Programmablauf und Verhinderung von Abstürzen 215
14.2 Externe Schaltung 219
14.3 Programmierbare Flankensteilheit 222
15 Signalverarbeitung 224
15.1 Störungssichere Sensorspannungen 224
15.2 Konzepte für Sensoren mit geringer Emission 233
15.3 Konzepte für Potentialtrennung 237
Anhang 1:Tabellen und Diagramme 245
A1.1 Physikalische Konstanten, Größen undWerte 245
A1.2 Pegelmaße 245
A1.3 Kapazität und Induktivität verschiedener Körperund Geometrien 247
A1.4 Informationen aus Datenblättern 247
Anhang 2:Spezielle Steckverbindungen der HF-Technik 249
Anhang 3:Grenzwerte auf einen Blick 251
Anhang 4:Beispiel-Berechnungen 255
A4.1 Auslegung eines Gleichtakt-Sperrkreises 255
A4.2 Berechnung eines HF-Übertragers 255
A4.3 Berechnung der Verstärkerleistungfür ein definiertes AM-Signal 255
Anhang 5:Bedienung der Simulationsprogramme 257
A5.1 Quickfield (Tera Analysis) 257
A5.2 Programm FEKO 267
Glossar 269
Literatur 277
Sachverzeichnis 279