Störsichere, emissionsarme Schaltungen

Elektromagnetische Verträglichkeit ist eine wichtige Grundlage dafür, dass elektronische Produkte störungsfrei funktionieren. Wo die Dichte an Geräten steigt, gewinnt die EMV an Bedeutung. Netzteilhersteller inpotron hat daher einen dedizierten EMV-Fachbereich aufgebaut. Und kann so seine Produkte noch besser auf normgerechte Anforderungen abstimmen.

In nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens nimmt die Dichte elektrischer und elektronischer Geräte rasant zu. Dies erhöht die Gefahr, dass sich Produkte gegenseitig stören, indem sie sich elektromagnetisch beeinflussen. Mögliche Auswirkungen reichen von geringen, nur messtechnisch nachweisbaren Effekten bis hin zum Totalausfall eines Systems. Um Fehlfunktionen auszuschließen, gewinnt die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) daher zunehmend an Bedeutung. Entscheidend ist, dieses wichtige Thema von vorne herein in die Entwicklung neuer Produkte einzubeziehen.

In der Richtlinie 2014/30/EU (früher: 89/336/EWG, 2004/108/EG) des Europäischen Parlaments und des Rates zur Harmonisierung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über die elektromagnetische Verträglichkeit ist EMV definiert als „die Fähigkeit eines Apparates, einer Anlage oder eines Systems, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für alle in dieser Umwelt vorhandene Apparate, Anlagen oder Systeme unannehmbar wären.“ Neben der hinreichenden Störfestigkeit eines Produkts ist also das Begrenzen der Emission von Störimpulsen gefragt.

In Deutschland überwacht die Bundesnetzagentur, ob elektronische und elektrotechnische Produkte die EMV-Grenzwerte einhalten – eine Herkulesaufgabe. Sie überprüft stichprobenartig Geräte aus unterschiedlichen Bereichen. Und kommt immer wieder zu einem ernüchternden Ergebnis: Allein von den im Jahr 2015 überprüften Produkten erfüllten mehr als ein Drittel nicht die Anforderungen an die EMV. Eine erneute Steigerung gegenüber den Vorjahren. Umso wichtiger ist es, eigene Produkte so störsicher wie möglich zu konstruieren. Netzteile gehören als EMV-relevante Baugruppe unbedingt mit in diese Betrachtung einbezogen.

Im Fokus der EMV-Betrachtungen stehen häufig getaktete Schaltungen wie Mikroprozessoren, Leistungshalbleiter und moderne Stromversorgungssysteme wie Schaltnetzteile. Deren steilflankige Schaltcharakteristiken und impulsförmige Stromentnahmen sind ein Grund dafür, dass diskrete oder kontinuierliche hochfrequente Störungsspektren entstehen und emittiert werden.

Das Design eines Netzteils entscheidet über dessen Rückwirkungen auf das Versorgungsnetz, die Auswirkungen auf die nachfolgenden internen Baugruppen und auf andere, externe Geräte. Gleichzeitig werden die Anforderungen an die Stromversorgungen immer komplexer: Schärfere Grenzwerte, Erweiterung und globale Einführung der EMV-Normen sowie neuartige Störer erfordern unter Umständen aufwendigere und damit teurere Filtermaßnahmen. Hier ist viel Knowhow gefragt, sowohl hinsichtlich der geltenden Normen und Richtlinien mit ihren spezifischen Störgrößen und Grenzwerten als auch für das Auslegen der Schaltungen sowie in Punkto der erforderlichen Prüfverfahren und Messeinrichtungen.

Ganz klar zählt dieses Fachgebiet nicht zu den Kernkompetenzen der meisten Geräte- oder Systemhersteller. Daher arbeiten sie in der Regel mit spezialisierten Unternehmen zusammen, die Baugruppen entsprechend definierter Vorgaben zuliefern. Im Markt für hochwertige Stromversorgungen ist das immer häufiger inpotron: Der deutsche Netzteilspezialist bietet keine Standardnetzteile „Off the shelf“ an. Stattdessen entwickelt er für jede Applikation ein individuelles Produkt, dass die Anforderungen der Kunden optimal erfüllt. Dazu gehört auch, überflüssige, in etlichen Standardnetzteilen vorhandene Komponenten wegzulassen, die Kunden sonst bezahlen, aber gar nicht nutzen. Basis bildet ein leistungsfähiges Baukastensystem. Mithilfe bewährter Komponenten adaptiert inpotron ein Produkt genau an die Vorgaben des Kunden.

Das Tagesgeschäft von inpotron zeigt: Angesichts der steigenden Anforderungen legen Kunden bei Produktanfragen immer mehr Wert auf umfassende EMV-Messungen. Viele definieren für die gewünschten Netzteile Grenzwerte, die oberhalb der Normanforderung liegen. Entsprechend steigen bei inpotron die Anforderungen an die Schaltungen und die verwendeten Bauteile. Eine eigene Abteilung kümmert sich daher um die Qualifizierung der Komponenten und stimmt EMV-relevante Bauelemente eng mit dem neu aufgebauten EMV-Fachbereich ab.

Im Fachbereich EMV bündelt und erweitert der deutsche Netzteilprofi noch stärker als bisher seine Mess- und EMV-Expertise. Standardisierte Prozesse mit einheitlichen Messprotokollen helfen, Probleme nachzuverfolgen und schnell zu beseitigen. Bei dieser Gelegenheit hat inpotron seine Messprotokolle überarbeitet und dem neusten Normungsstand angepasst. Sie enthalten jetzt zum Beispiel auch Temperatur- und Luftfeuchteangaben sowie weiterführende Informationen zu den vorgegebenen Kriterien. Darüber hinaus können die Tester nun Strom- und Spannungsmesswerte für drei Ausgänge je Prüfling festhalten.

Natürlich sind EMV-Messungen für inpotron seit jeher wichtiger Bestandteil beim Entwickeln hochwertiger Netzteile. Der Ausbau des Labors mit mehr und dedizierten EMV-Messplätzen trägt auch dem Erfolg des Unternehmens Rechnung. An insgesamt sechs Plätzen können Messungen nun parallel erfolgen, was den Durchsatz erhöht. Konkret sind die Plätze folgenden Prüfungen zugeordnet: Störfestigkeit gegenüber Stoßspannungen (Surge) sowie das Entladen statischer Elektrizität (ESD), schnelle transiente elektrische Störgrößen (Burst), hochfrequente Signale (HF) auf Leitungen, Bahnmessungen und Störfestigkeit gegen Spannungseinbrüche, Kurzzeitunterbrechungen und Spannungsschwankungen. Für seine Messplätze verwendet inpotron Test- und Messausrüstungen vieler marktführender Hersteller. Darüber hinaus verfügt inpotron über zwei Klimaschränke, in denen der Betrieb bei definierten Umgebungsbedingungen möglich ist. So lässt sich beispielsweise das Derating bei hohen oder tiefen Temperaturen verfolgen und belegen. Das ist wichtig für Vorhersagen, wie gut ein Netzteil in unterschiedlichen klimatischen Umgebungen arbeiten wird.

Ein Highlight ist die GTEM-Zelle: Diese „Gigahertz Transverse Electromagnetic Cell“ hat die Form eines eckigen, mehrere Meter langen Trichters, ist aus Metall gefertigt und stellt für Prüfungen und Messungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit eine definierte Umgebung bereit. Im Trichter platzierte Baugruppen lassen sich hinsichtlich gestrahlter Störaussendung beziehungsweise Störfestigkeit überprüfen, wie es zum Beispiel die Normenreihe DIN EN 61000-6-x für die Prüfung der EMV vorsieht. Eine GTEM-Zelle hat den Vorteil, dass Messungen von 0 Hz bis hin zu einigen GHz möglich sind und so der Prüfling in einem breiten Frequenzspektrum auf Einhaltung der EMV-Grenzwerte hin untersucht werden kann. Dabei ist das Prüfvolumen elektromagnetisch vollständig von der Umgebung entkoppelt, so dass Auswirkungen auf umliegende Messplätze ausgeschlossen sind.

Mit seinem neu aufgebauten, vielseitigen EMV-Messlabor kann inpotron Elektronikprodukte umfassend auf Einhaltung der Vorgaben zahlreicher EMV-relevanter Normen testen, darunter DIN EN 61000-6-1:2007, DIN EN 61000-6-2:2006, DIN EN 61000-6-3:2012, DIN EN 61000-6-4:2011, DIN EN 55011:2011, DIN EN 55022:2011, DIN EN 55024:2011, DIN EN 60601-1-2:2010 und DIN EN 61547:2010. Die EMV-Fachabteilung ermöglicht es, ein Netzteil entwicklungsbegleitend ohne Umwege direkt im Haus vollständig zu verifizieren und bei Bedarf Anpassungen am Design vorzunehmen. So entsteht kein Zeitverlust durch Lieferwege zu einem externen EMV-Testlabor. Das verkürzt die Bearbeitungszeit und verbessert die Reaktionsfähigkeit von inpotron. Das Unternehmen kann außerdem beständig weitere EMV-Expertise aufbauen und die Zuverlässigkeit der eigenen Produkte noch weiter erhöhen – ein großer Vorteil für seine Kunden.

Als Hersteller hochwertiger Schaltnetzteile kennt inpotron die zunehmende Bedeutung der elektromagnetischen Verträglichkeit elektronischer Produkte aus seinem Tagesgeschäft. Daher will das Unternehmen seinen EMV-Fachbereich kontinuierlich ausbauen. Geplant ist zum Beispiel ein neuer Generator inklusive Software für Störfestigkeitsmessungen, mit dem sich die Messgeschwindigkeiten und damit der Durchsatz weiter erhöhen lässt. Für die Klimaschränke wird derzeit ein neues Messprogramm programmiert, das Wertänderungen über festgelegte Zeiträume loggt und somit auch detaillierte Langzeitbetrachtungen ermöglicht. Darüber hinaus verfassen die Ingenieure ein EMV-Leitfaden mit typischen Fehlerbildern, mit dessen Hilfe sich Stromversorgungen schnell und gezielt verbessern lassen.