Elektromagnetische Verträglichkeit emv : Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit : Düsseldorf, 11.-13.03.2014

Proceedings der EMV 2014

Elektromagnetische Verträglichkeit emv : Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit. Creating a compatible future. Köln, 17.-19.03.2020

Proceedings der EMV 2020

EMV Analysen zur Datenübertragung über das Kfz-Energiebordnetz

Die Datenvernetzung innerhalb des Fahrzeuges hat Einfluss auf das Gewicht, das Volumen und die Komplexität des Fahrzeugkabelbaums. Mit den traditionellen Kfz-Bussystemen und der großen Vielfalt an Funktionen, die in Zukunft noch zunehmen wird, lässt sich ein Optimum hinsichtlich dieser Kriterien nur schwer erreichen. Eine mögliche Lösung könnte die Datenübertragung über das Kfz-Energiebordnetz darstellen. Die sogenannte Powerline Communication (PLC) ist eine Technologie, die die vorhandenen Energieleitungen für eine Datenübertragung nutzt. Im automotiven Umfeld gibt es für diese Technologie noch Forschungsbedarf. In dieser Arbeit werden die Freiheitsgrade, die in einem Kfz-Energiebordnetz vorliegen, hinsichtlich der Datenübertragung untersucht. Zwei wichtige Aspekte spielen dabei eine entscheidende Rolle: Zum einen sind die Übertragungseigenschaften des Energiebordnetzes für die Signalintegrität der Übertragung von großer Bedeutung. Zum anderen ist die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) entscheidend für einen robusten Betrieb der PLC, ohne andere Systeme zu stören oder gestört zu werden. Daraus werden mögliche Betriebsstrategien für eine PLC-Datenübertragung abgeleitet. Einflussfaktoren auf die Kanalübertragungseigenschaften, z. B. typische Abschlussimpedanzen und die Topologie des Bordnetzes, werden diskutiert und untersucht. Diverse Varianten zur Einkopplung des PLC-Signals in die Energieleitungen wurden ebenfalls analysiert. Auf Basis von Kfz-EMV-Normen werden die theoretischen Randbedingungen für eine störungsfreie Datenübertragung aufgestellt und in Messungen analysiert. Zuletzt wurde die Kommunikation in typischen EMV-Störfestigkeitsprüfungen unter Zuhilfenahme von Simulationen untersucht

Vorhersage von magnetischen Kopplungen in Filterschaltungen

Ziel bei der Entwicklung eines EMV-Filters ist es mit einer minimalen Anzahl von Bauteilen eine gewünschte Filterperformance zu erreichen. Dem entgegen stehen dem Designer zwei Arten von parasitären Effekten. Die erste Art beinhaltet die parasitären Elemente der Bauteile, wie z.B. die ESL und ESR der Kondensatoren oder die parasitären Windungskapazitäten der Drossel. Diese Effekte sind bekannt und leicht durch eine Impedanzmessung der Bauteile handhabbar. Trotzdem ist diese Art der Nachbildung zu ungenau, wie die starke Abweichung des gemessenen vom erwarteten Ergebnis zeigt. Diese Abweichung hat ihre Ursache in der zweiten Art der parasitären Effekte, der induktiven Verkopplung der Bauteile untereinander und ist abhängig von der Anordnung der Bauteile auf dem Schaltungsträger. So können sich Filterschaltungen mit den gleichen Topologien und verwendeten Bauteilen unterschiedlich verhalten, wenn das Filterlayout unterschiedlich ist. Zur Berücksichtigung müssten die elektromagnetischen Felder berechnet und in die Filtersimulation eingebunden werden, diese Vorgehensweise scheiterte jedoch bisher an der Komplexität des Problems. In dieser Abhandlung wird gezeigt, wie durch den Einsatz der PEEC-Methode die Komplexität der Berechnung elektromagnetischer Felder stark reduziert und für den Anwender zur Filtersimulation einsetzbar wird. Die PEEC-Methode überführt hierbei die elektromagnetischen Eigenschaften der leitenden Strukturen des Aufbaus in ein elektrisches Ersatzschaltbild aus Eigen- und Gegenparametern, welche das bisherige Filtermodell erweitern. Problematisch ist bei dieser Methode die Nachbildung permeabler Materialien, da dieses prinzipbedingt ausgeschlossen ist. Es wird dazu eine Lösung vorgestellt, welche die einfache Nachbildung von inhomogenen Permeabilitäten ermöglicht. So wird es mit dieser Methode möglich auch ferritbehaftete Bauelemente nachzubilden. Es werden die PEEC-Modelle der Bauteile passiver Filter vorgestellt und anhand von Feldmessungen verifiziert. Anhand eines Netzfilters wird die Vorgehensweise der Berechnung sowie die Einbindung der induktiven Verkopplungen in das bisherige Filtermodell demonstriert und die sehr gute Übereinstimmung von Simulation und Messung präsentiert. Dabei wird der Einfluss auch sehr geringer Verkopplungen eindringlich dargestellt. Aus den Ergebnissen werden Hinweise für den Filterdesigner abgeleitet, wie die induktiven Verkopplungen minimiert und so die gewünschte Filterperformance sichergestellt werden kann. So können im Vorfeld der Entwicklung Aussagen über die optimale Bauteilanordnung getroffen und dadurch das zeitaufwendige 'trial and error'-Verfahren des Filterentwurfs überwunden werden