Hallo zusammen,
ich habe eine Platine erstellt und nun beschäftige ich mich mit dem
EMV-Verhalten.
Kurz zum Aufbau: Ich versorge das Gerät mit 24VAC über einen Trafo, dann
kommt eine Gleichrichterdiode (Einweggleichrichtung), ein PI-Filter
(50nF und Ferrit-Perle) und Glättungskondensator. Danach folgt ein
Buck-Converter-IC von TI der mit 860 kHz arbeitet.
Ich habe nun die leitungsgeführte Störaussendung an der 24V
Versorgungsleitung gemessen und die Ergebnisse liegen ziemlich weit über
den erlaubten Limits.
Interessant ist, dass die "Fail"-Messungen bei 860 kHz, 1,72MHz, 2,580
MHz, 3,440 MHz und 4,3 MHz liegen. Also die 2., 3. 4. und 5. Harmonische
Schwingung. Ich denke es ist offensichtlich, dass der Buck Converter die
hohen Störpegel erzeugt.
Der schlimmste QPK-Messwert liegt 20 dB über dem Limit. Also es ist
wirklich schlimm. Die gestrahlte Störaussendung ist ohne Probleme
bestanden.
Leider habe ich wenig Erfahrung. Ich dachte mit einem PI-Filter wirkt
man diesem Verhalten auf den Versorgungsleitungen entgegen.
Würde es reichen, nur Versuche mit verschiedenen Parametern des
PI-Filters zu machen oder muss eine grundlegende Layoutänderung her?
Freue mich über jeden Input
Hi!
Dein Glättungskondensator ist wahrscheinlich zu klein und/oder dein
Ferrit hat zu "wenig Z" bei 860kHz (was nicht verwunderlich ist!).
Mach mal testhalber statt dem Ferrit einfach noch einmal die
Arbeitsinduktivität vom Wandler hin. Dann sollte das gegessen sein.
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Was ich vergessen habe zu erwähnen ist, dass die Messung bei 24VDC genau
gleich aussieht.
Werde deinen Tipp mit der gleichen Induktivität wie der Wandler
verwendet, versuchen.
Bei positiven Ergebnis wird der Leiterplatten Platz nur eine
Herausforderung
1. Einweggleichrichtung ist nicht gut für den Trafo. Die asymmetrische
Belastung schlägt sich deutlich im Magnetisierungsstrom nieder. Am Ende
gibts vor allem mehr Wärme. Würde ich versuchen zu vermeiden oder
wenigstens nachmessen.
2. Konkretes Problem braucht konkrete Bauteilangaben von Dir. Ein 10nF
Folie kann sich ziemlich anders Verhalten als eine 10nF Y5V Keramik. Zum
Ferrit wissen wir garnichts, zum Eingangskondensator am DCDC auch nicht.
So kann man leider nicht helfen.
Die 20db zu holen sollte ziemlich einfach sein aber da fehlen halt
konkrete Angaben von Dir.
Sag mal noch was zu Spannung und Strom.
nur Mut
hauspapa
Nochwas:
Wenn das nur eine bastelei ist: alles egal. Leitungsgebunden Störungen
quasi eingeschlossen.
Wenn das irgendwie professionell werden soll: Schau ob für dich die EU
Geschichten hinsichtlich Standby Leistung greifen (1275/2008)
kommt aus CE und dem "EVPG - Energieverbrauchsrelevante-Produkte-Gesetz"
Wenn Du einen richtigen Ausschalter hast ok. Wenn nicht hast du mit
Trafo keine Chance.
viel Erfolg
hauspapa
S. K. schrieb:> 2. Konkretes Problem braucht konkrete Bauteilangaben von Dir. Ein 10nF> Folie kann sich ziemlich anders Verhalten als eine 10nF Y5V Keramik. Zum> Ferrit wissen wir garnichts, zum Eingangskondensator am DCDC auch nicht.> So kann man leider nicht helfen.
Ich verwende jeweils zwei 100nF X7R-MLCC Kondensatoren in Reihe. Der
Ferrit ist dieser:
https://product.tdk.com/system/files/dam/doc/product/emc/emc/beads/catalog/beads_commercial_power_mpz1608_en.pdf
Der Glättungskondensator ist 1mF-ELKO und am Eingang des DCDC ist auch
ein 100 nF X7R-MLCC und einmal 4.7 µF X7R-MLCC.
Spannung ist 24VAC und Eingangsstrom 0,3 A
SDRAM schrieb:> Leider habe ich wenig Erfahrung. Ich dachte mit einem PI-Filter wirkt> man diesem Verhalten auf den Versorgungsleitungen entgegen.> Würde es reichen, nur Versuche mit verschiedenen Parametern des> PI-Filters zu machen oder muss eine grundlegende Layoutänderung her?
Zunächst wollen Sie wissen, ob Sie es mit eier symmetrischen (d.h. GND
und + gegen Erde) oder einer Asymmetrischen zu tun haben.
Dazu kann man testweise eine Gleichtaktdrossel in die Zuleitung bauen.
Eine, die eine hohe Dämpfung bei den genannten Frequenzen hat. Wie
diese:
https://product.tdk.com/system/files/dam/doc/product/emc/emc/line-filter/data_sheet/30/ds/b8272_v2_u.pdf
Wenn das viel bringt, ist die Störung symmetrisch. Die Abhilfe wäre dann
eventuelle eine solche Drossel.
Wenn nicht, dann wäre Schritt 2 das PI-Filter zu verbessern. Also
testweise eines einbauen, das bei den genannten Frequenzen extrem hohe
Dämpfungen hat. Testweise in GND und +.
Sonst würde ich noch schauen, wie die Eingangskapazität des Buck-Reglers
aussieht. Die hat einen sehr hohen Rippelstrom zu tragen, auch da kann
man eventuell etwas tun, beispielsweise eine parallel schalten, die bei
den genannten Frequenzen ein kleines Z hat.
SDRAM schrieb:> Ich dachte mit einem PI-Filter wirkt> man diesem Verhalten auf den Versorgungsleitungen entgegen.
Aber doch nicht so.
Eine Ferritperle ist normalerweise gegen Frequenzen um die 100 MHz.
Deine wirkt erst im GHz Bereich.
-> vernünftige Drossel verwenden mindestens 50 uH.
SDRAM schrieb:> Ich verwende jeweils zwei 100nF X7R-MLCC Kondensatoren in Reihe.
Die wirken so (einzeln) bei 20-30 MHz optimal.
Warum in Reihe?
Für ~2 MHz braucht man eher 1 uF als Folienkondensator. Der 4.7uF X7R
paßt schon eher. (Beidseitig des PI-Filters).
Yupp schrieb:> Dazu kann man testweise eine Gleichtaktdrossel in die Zuleitung bauen.
Bei Gleichtaktstörungen kommt die Störung auch aus der Masseleitung.
Dann braucht es eine stromkompensierte Drossel anstelle einer
Einzeldrossel.
Häufig ist das Problem auch am Gleichrichter. -> Kondensator/Snubber
über der Gleichrichterdiode kann helfen.
Gruß Anja
Nach was testest du? Nach Fachgrundnorm?
Es wäre halt erst mal zu klären, ob es sich bei deinen 24V überhaupt um
einen "Netzanschluss" im Sinne der Norm handelt. Wenn an dieser Spannung
sonst keine Verbraucher dran hängen, könnte man den Anschluss auch als
"Signalanschluss" testen. Dann wären die leitungsgebundenen
Störaussendungen egal (so lange sie nicht so groß sind, dass sie zu
gestrahlter Störung werden). Das wäre halt die "dirty" Lösung, um durch
einen Test zu kommen.
Grundsätzlich ist es natürlich eine gute Idee diese Störungen auf der
Leitung dennoch zu minimieren. Woher hast du denn deine Werte? Aus einem
EMV-Labor oder selbst mit einem Pre-Compliance-Setup gemessen? Bei
zweiterem wäre der genaue Aufbau interessant.
Aber deine Störaussendung wird immer eine Kombination aus Gleich- und
Gegentakt-Störung sein. Es gibt spezielle Schaltungen, womit man direkt
die Gleich- und die Gegentaktstörungen isoliert voneinander messen kann.
Diese Schaltungen kann man sich zur Not auch selber basteln. Unter
Umständen brauchst du dafür aber 2 LISNs, weil man beide Leitungen
zeitgleich messen muss, um Gleich- und Gegentakt-Störung voneinander zu
trennen. Man kann aber auch anhand der Wirksamkeit verschiedener
Maßnahmen eine Idee bekommen wie der Hase läuft.
Je nachdem welche Störung dominiert, brauchst du dann eben ein
Common-Mode- oder ein Differential-Mode-Filter. Oder eine Kombination
aus beidem.
Über die Auslegung solcher Filter sollten im Netz genug Infos zu finden
sein. Die leitungsgebunde Störaussendung eines Buck-Converters ist ja
nun keine exotische Problemstellung.
Hallo zusammen,
ich möchte das Thema wieder hochholen, weil ein Effekt aufgetreten ist,
den ich mir nicht erklären kann.
Ich habe zu Testzwecken eine Drossel (10µH) und zwei Kondensatoren
parallel 1µF auf die Platine gebastelt und habe gute Ergebnisse gesehen.
Alle Messwerte lagen unterhalb der Limits.
Also habe ich das ganze in das Layout eingebaut und eine neue Platine
aufbauen lassen und siehe da, mit 10µH Spule und einem Kondensator 1,1µF
habe ich weiterhin Spikes die über dem Limit liegen. Interessanterweise
allerdings nur beim Average, beim QPK liegen die Messwerte deutlich
unter dem Limit.
Wie kann ich mir die Differenz zwischen gebastelter Lösung und
Layoutänderung erklären? Ich komme hier nicht auf eine Lösung...
Bei solchen Themen ist der effektive Aufbau sehr entscheidend…
Bereits kurze Litzenstückchen können zum Verschieben von
Resonanzfrequenzen führen.
Hast du ein Bild deines Versuchsaufbaus und ein Bild deines Layouts?
Nur so können wir dir hiet weiterhelfen.
Ich glaube ich habe meinen Fehler gefunden.
Die Besonderheit ist, dass die 24V Eingangsspannung zu einem Stecker
durchgeschleift werden, um ein weiteres Gerät zu versorgen.
Aufgrund der Strombelastung der Leiterbahn musste ich die Leitung zu dem
weiteren Gerät auf zwei Lagen aufteilen. D.h. ich habe eine parallele
Leitung und eine kapazititve Kopplung (siehe Bild)
Ich verstehe allerdings nicht so ganz, warum durch diese Eigenschaft die
Auswirkung des Filters zunichte gemacht werden. Der Buck-Converter der
für die hohe Störaussendung verantwortlich ist, sitzt immer noch vor dem
Filter (vom Eingang gesehen). Allerdings haben Änderungen an den
Filterparametern überhaupt keine Auswirkung auf die Filtereigenschaften
(vermutlich wegen der kapazitiven Kopplung).
Kann mir den Effekt jemand genauer Erläutern?
SDRAM schrieb:> Danach folgt ein> Buck-Converter-IC von TI der mit 860 kHz arbeitet.
Wichtig ist ein optimales Layout des Schaltreglers. Er sollte als 3-pol
aufgebaut sein, dh. GND in der Mitte, IN/Out an den Seiten und
dazwischen möglichst dicht die Siebkondensatoren. Es schadet auch
nichts, Gruppen aus 2-4 Kondensatoren parallel zu nehmen.
Oft sieht man aber einen Aufbau als 4-pol, d.h. GND_in und GND_out an
gegenüberliegenden Seiten und dazwischen die Schaltung. Dann hat man
große Störungen zwischen den beiden GND-Anschlüssen, die man nur schwer
wieder wegfiltern kann.
SDRAM schrieb:> dass der Buck Converter die hohen Störpegel erzeugt.
Dann zeig doch mal das Layout. Denn was die wenigsten wissen: das Layout
ist eines der wichtigsten Bauteile. Besonders bei solchen kleinen
MHz-Biestern.
Es sollte nicht allzusehr von den Vorgaben im Kapitel "11 Layout" und im
Besonderen von "11.2 Layout Example" abweichen.
Denn am einfachsten wird man die Störung los, die man gar nicht erst
erzeugt...
> Der schlimmste QPK-Messwert liegt 20 dB über dem Limit. Also es ist> wirklich schlimm.
Ich hatte auch schon mal einen Schaltregler, der brachte sogar den SPI
eines AD-Wandlers ausser Tritt (also von wegen 20dB). Die Quintessenz
daraus:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler
von S. K. schrieb
>1. Einweggleichrichtung ist nicht gut für den Trafo. Die asymmetrische>Belastung schlägt sich deutlich im Magnetisierungsstrom nieder. Am Ende>gibts vor allem mehr Wärme. Würde ich versuchen zu vermeiden oder>wenigstens nachmessen.
Die Einweggleichrichtung ist aber die grundsätzliche
Arbeitsweise so eines Konverters, da gibt es keine
Zweiweggleichrichtung. Der Trafo oder die Drossel
arbeitet als Speicher, dafür haben die einen Luftspalt.
Und bei richtiger dimensionierung gibt es da auch
keine Wärme.
https://de.wikipedia.org/wiki/Abw%C3%A4rtswandler
Achso ich sehe gerade das die Einweggleichrichtung vor
dem Konverter gemeint ist, da ist es natürlich vernünftig eine
Zweiweggleichrichtung zu machen. Zum Problem der Störungen,
da ist es das Beste das Ganze in ein Metallgehäuse einsperren,
und alle Leitungen die da rein und rausgehen mit Tiefpässe
zu verblocken.
@Yupp:
Bzgl. symmetrisch und asymmetrisch ist es just umgekehrt.
Die CMC (stromkompensierte = Gleichtaktdrossel) wirkt nur
gegen asymmetrische Störsignale. Asymmetrisch meint hier
"nicht differentiell" (differentiell ist Gegentakt, also
z.B. "oben nach rechts und unten nach links" oder bei der
anderen Halbwelle "oben nach links und unten nach rechts"
verlaufende Störströme).
Symmetrie heißt hier nicht, man habe eine Symmetrieachse
zw. Leitung oben und unten, und gleichlaufender Strom sei
symmetrisch - oder was auch immer Dich zu dieser falschen
Auffassung geführt hat. (Aus dieser Sicht müßte man eher
"Punkt-" bzw. "Dreh-Symmetrie" als passend beschreiben...)
Trotzdem ist eine CMC "der einfache, schnelle Weg" - aber
um Gleichtakt (nicht Gegentakt) Störungen zu dämpfen.
"Einfacher", weil eine DMC (differential mode choke bzw.
Gegentaktdrossel) ein Störsignal filtern müßte, das dem
Laststrom überlagert ist - und daher aus e. klassischen
Drossel incl. Energiespeicherfähigkeit besteht.
Die CMC nicht, hier darf das Kernmaterial hochpermeabel
sein, weil der "oben" und "unten" zugleich in gleicher
Höhe durchfließende Laststrom gegenläufige - und sich so
ggstg. aufhebende - Magnetisierung hervorruft... erst für
das asymmetrische, also "oben als wie unten in die gleiche
Richtung drängende" Störsignal wirkt die volle L ... die
von Wicklung 1 seriell zu Wicklung 2 (Windungszahlen also
addiert/Induktivität bzgl Einzelwicklung vervierfacht).
Auch DMC ginge "2 auf einem Kern", eine Wicklung oben
(in der +) und eine unten (in der GND Leitung) - um sich
zumindest den "L-Koppeltrick" (doppelte Windungszahl ist
auf einem Kern gleich 4fache L - diesen Trick benutzt
ja auch die CMC, nur anders herum verschaltet) zunutze
machen zu können.
Die Stromkompensation aber jibbet nur bei CMCs, die daher
vglw. kleiner gebaut werden können.
