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Einführung in die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

Die elektromagnetische Verträglichkeit ist ein entscheidender Faktor in der Produktentwicklung, der oft erst spät berücksichtigt wird. Eine frühzeitige Berücksichtigung von EMV kann jedoch die Time-to-Market erheblich verkürzen und die Wahrscheinlichkeit teurer Nacharbeiten reduzieren. Bei AEconversion helfen wir Ihnen, EMV-Anforderungen von Anfang an zu integrieren, um Störungen zu minimieren und eine erfolgreiche Markteinführung zu gewährleisten. EMV ist nicht nur ein technisches Erfordernis, sondern auch ein Qualitätssiegel, das die Zuverlässigkeit und Sicherheit Ihrer Produkte unterstreicht.

Was ist Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)?

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV (engl.: EMC – electromagnetic compatibility)) ist ein zentrales Konzept in der Elektrotechnik und beschreibt die Fähigkeit eines elektrischen Geräts, in seiner elektromagnetischen Umgebung störungsfrei zu funktionieren, ohne diese Umgebung unzulässig zu beeinflussen. Mit anderen Worten, EMV sorgt dafür, dass elektronische Geräte und Systeme harmonisch miteinander arbeiten können, ohne sich gegenseitig durch unerwünschte elektromagnetische Einflüsse zu stören. Dies ist besonders wichtig in einer Welt, die zunehmend von elektronischen Geräten dominiert wird, von Haushaltsgeräten über Kommunikationssysteme bis hin zu komplexen industriellen Anlagen.

Warum ist EMV so wichtig?

Die Gewährleistung der Funktionsfähigkeit elektronischer Geräte und Systeme in ihrer Umgebung ohne Störungen stellt eine wesentliche Herausforderung dar, der mit dem Einsatz von EMV-Technologien begegnet wird. EMV-Prüfungen dienen der Prävention von Beeinträchtigungen elektronischer Geräte durch elektromagnetische Interferenzen sowie der Verhinderung von Störungen, die durch die Geräte selbst verursacht werden können. Die Einhaltung von EMV-Standards resultiert in einer gesteigerten Zuverlässigkeit und Sicherheit von Produkten und ist vielfach gesetzlich vorgeschrieben. Dies gewährleistet nicht nur den Schutz der Geräte, sondern auch der Benutzer vor potenziellen elektromagnetischen Störungen, insbesondere in einer zunehmend elektronisch vernetzten Welt.

Weniger Störaufwand durch Ultra-Low-Noise-Netzteile

Ultra-Low-Noise-Netzteile bieten eine hervorragende Lösung für das Problem der Netzstörungen. Diese Netzteile sind speziell entwickelt, um EMV-Grenzwerte deutlich zu unterschreiten und störungsarmen Betrieb zu gewährleisten. Sie eignen sich besonders für empfindliche Anwendungen, bei denen EMV-Störungen besonders kritisch sind, wie in der Medizintechnik, Mess- und Sensortechnik oder der Luft- und Raumfahrt. Mit diesen Netzteilen kann sichergestellt werden, dass Produkte auch in Umgebungen mit hohen Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit zuverlässig funktionieren.

Anwendungen und Praxisbeispiele

Ultra-Low-Noise-Netzteile sind vielseitig einsetzbar und erfüllen strenge Normen, wie EN 60601-1 für Medizingeräte und EN 60950-1 für IT-Geräte. Sie sind ideal für Anwendungen, bei denen ein störungsarmer Betrieb entscheidend ist:

  • Medizintechnik: Einsatz in bildgebenden Systemen wie Röntgen- und Ultraschallgeräten. In der Medizintechnik sind störungsfreie Systeme essenziell, um genaue Diagnosen und sichere Patientenversorgung zu gewährleisten.
  • Messtechnik: Sensoren und Messgeräte, die störungsfreie Auswertungen benötigen. Exakte Messungen sind entscheidend in der Forschung und Entwicklung, um präzise Daten zu erhalten und fundierte Entscheidungen zu treffen.
  • Luft- und Raumfahrt: Verwendung in Präzisionssensoren und Laseranwendungen, wo EMV-Störungen die Messgenauigkeit beeinträchtigen könnten. In der Luft- und Raumfahrt können elektromagnetische Störungen zu gravierenden Sicherheitsrisiken führen, weshalb die Einhaltung der EMV-Anforderungen hier besonders wichtig ist.

Bedeutung der EMV in modernen Systemen

Die Notwendigkeit der elektromagnetischen Verträglichkeit wurde bereits bei den ersten Rundfunksendern erkannt, als es erforderlich war, festzulegen, wer wann auf welchen Frequenzen senden durfte, um Störungen zu vermeiden. Mit dem Fortschritt in der Elektronik und der Mikroelektronik nahm die Anzahl der Geräte, die elektromagnetische Störungen verursachen oder auf solche reagieren können, exponentiell zu. Dies führte zur Einführung von Grenzwerten für Emissionen und Immunität für alle elektrischen und elektronischen Einrichtungen, um eine störungsfreie Koexistenz zu gewährleisten.

Im Kontext der EMV werden alle Arten von elektrischen und elektronischen Systemen sowohl als Sender als auch als Empfänger elektromagnetischer Energie betrachtet. Beispiele für Sender (Störquellen) sind KFZ-Zündanlagen, Leistungselektronik, Leuchtstofflampen und atmosphärische Entladungen. Empfänger elektromagnetischer Energie umfassen Automatisierungssysteme, KFZ-Mikroelektronik, Mess-, Steuer- und Regelgeräte sowie Herzschrittmacher und andere medizinische Geräte.

EMV-Normen und -Regulierungen

Um eine zuverlässige elektromagnetische Verträglichkeit zu gewährleisten, wurden umfangreiche Normen und Vorschriften entwickelt. Diese legen fest, welche Emissionen zulässig sind und welche Immunität gegenüber Störungen gefordert wird. Die Einhaltung dieser EMV-Normen ist entscheidend, um die zunehmende Dichte und Vielfalt an elektromagnetischen Quellen und Empfängern zu regulieren und eine störungsfreie Nutzung sicherzustellen. Zu den maßgeblichen Normen zählen die von der International Electrotechnical Commission (IEC) und dem Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) festgelegten Standards. [1]

Übersicht wichtiger EMV-Normen

Norm
Bezeichnung
DIN EN 61000-6-1
Fachgrundnorm; Störfestigkeit für Wohn-, Geschäfts- u. Gewerbebereich
DIN EN 61000-6-3
Fachgrundnorm; Störausendung im Wohnbereich
DIN EN 50561-1
Kommunikationsgeräte auf el. Niederspannungsnetzen (Power LAN)
DIN EN 55011
(ISM-Geräte) Industrielle, wissenschaftliche u. medizinische Geräte Störgrenzschaf
DIN EN 55032
El. Magnetische Verträglichkeit von Multimediageräten (TV-, Rundfunkempfänger, Soundsyst. ect.)
DIN EN 55014-1
El. Magn. Verträglichkeit an Haushaltsgeräte, Elektrowerkzeuge und ähnliche Geräte
DIN EN 55015
EMV für Beleuchtungs u. ähnliche Elektrogeräte
DIN EN 55020
Störfestigkeitsanforderungen für TV, Tonrundfunk und Geräte der Unterhaltungselektronik
DIN EN 55022
Funkstörungseigenschaften, Einrichtungen der Informationstechnik
DIN EN 55024
Störfestigkeitsanforderungen für Einrichtungen der IT-Technik
Norm
Bezeichnung
DIN EN 61204-3
EMV von Stromversorgungsgeräten mit Gleichstromausgang. Schaltnetzteile auch mit Wechselspannungsausgang
DIN EN 61800-3
EMV Anforderung an Drehzahlveränderbare el. Antriebe
DIN EN 62040-2
EMV Anforderung an unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme

Praktische Aspekte der EMV

Typische Störquellen und Kopplungsmechanismen

Typische Störquellen sind unter anderem KFZ-Zündanlagen, Leistungselektronik, Leuchtstofflampen, Schaltkontakte und sehr oft der Trafo. Diese können elektromagnetische Störungen verursachen, die sich durch verschiedene Kopplungsmechanismen verbreiten, wie galvanische, kapazitive oder induktive Kopplung. Ein einfaches Modell zur Veranschaulichung von EMV-Problemen besteht aus einer Störquelle, einem Kopplungsmechanismus und einer Störsenke (Empfänger).

ein einfaches modell zur veranschaulichung von emv-problemen

EMV-Ursachen

Ein elektrischer Stromfluss erzeugt ein magnetisches Feld. Bei Änderungen der Stromstärke oder bei der periodischen Änderungen des Stromkreises bei Wechselstrom, ändert sich dieses magnetische Feld. Diese sich ändernden elektrischen und magnetischen Felder resultieren in elektromagnetischer Abstrahlung.

  • Stromfluss: Der Stromfluss in den Leiterbahnen erzeugt magnetische Felder um die Leiterbahnen herum.
  • Schaltvorgänge: Schaltvorgänge in den integrierten Schaltungen erzeugen elektrische und magnetische Felder.
  • Kapazitive und induktive Kopplung: Kapazitive und induktive Kopplungseffekte erzeugen elektrische und magnetische Felder.

Maßnahmen zur Sicherstellung der EMV

Um die EMV sicherzustellen, sind verschiedene Maßnahmen erforderlich. Diese umfassen:

  • Schirmung: Schutz der elektrischen Systeme vor unerwünschten elektromagnetischen Einflüssen durch Abschirmung. Das Gehäusekonzept, im Idealfall eine Umhüllung aus Metall, ist entscheidend. Auch Kabel können geschirmt werden.
  • Filterung: Einsatz von Filtern, um Störungen aus den Strom- und Signalleitungen zu entfernen. Entkopplungskondensatoren und Filter werden unmittelbar bei integrierten Schaltungen, Schnittstellen und Masseführung platziert, um Störungen zu reduzieren.
  • Leiterplattendesign: EMV-gerechtes Design von Leiterplatten, um parasitäre Kopplungen zu minimieren und die Signalintegrität zu gewährleisten.
  • Verwendung geeigneter Komponenten: Auswahl von Bauteilen, die eine hohe Störfestigkeit und geringe Emissionen aufweisen.

Eine ganzheitliche und frühzeitige Betrachtung der EMV während der gesamten Entwicklungsphase eines Systems ist entscheidend, um kosteneffiziente und zuverlässige Lösungen zu finden.

Das Testen von EMV mit Nahfeldsonden

Nahfeldsonden sind Werkzeuge zur Analyse und Diagnose elektromagnetischer Störungen auf Leiterplatten und in elektronischen Systemen. Sie ermöglichen die genaue Lokalisierung von Störquellen und helfen, die Wirksamkeit von EMV-Maßnahmen zu überprüfen. Durch die Messung von Magnet- und elektrischen Feldern im Nahbereich können Entwickler gezielte Verbesserungen vornehmen, um die EMV-Eigenschaften ihrer Produkte zu optimieren. Nahfeldsonden bieten eine nicht-invasive und präzise Methode, um EMV-Probleme frühzeitig zu identifizieren und zu beheben, wodurch die Zuverlässigkeit und Sicherheit elektronischer Systeme erhöht wird.
Bei Störungen die sich im ganzen Gerät ausbreiten, hilft die Nahfeldsonde dann nicht mehr und schlägt überall aus. Dort werden dann typische Testmethoden angewendet, wie leitungsgebundene Tests oder strahlengekoppelte Tests, letzteres mit Antennenmessungen in einem Isolierten Raum.

EMV-bezogene Fragen und Antworten

Wie genau können Ultra-Low-Noise-Netzteile die Entwicklungskosten senken und die Produktqualität verbessern?

Ultra-Low-Noise-Netzteile können die Entwicklungskosten senken, indem sie die Notwendigkeit von Nacharbeiten und zusätzlichen EMV-Prüfungen reduzieren. Durch die Minimierung der Netzstörungen erfüllen Produkte schneller die EMV-Anforderungen, was die Entwicklungszeit verkürzt. Dies führt zu einer schnelleren Markteinführung und reduziert die Gesamtkosten. Zudem verbessern diese Netzteile die Produktqualität, indem sie eine stabilere und störungsfreie Stromversorgung bieten, was besonders in sensiblen Anwendungen wie der Medizintechnik und der Luft- und Raumfahrt entscheidend ist.

Welche spezifischen Herausforderungen gibt es bei der Integration von EMV-Maßnahmen in bestehende Produkte?

Die Integration von EMV-Maßnahmen in bestehende Produkte kann verschiedene Herausforderungen mit sich bringen, darunter die Notwendigkeit, bestehende Designs zu ändern, ohne die grundlegenden Funktionen zu beeinträchtigen. Es kann auch erforderlich sein, zusätzliche Komponenten wie Filter oder Schirme hinzuzufügen, was den Platzbedarf und die Kosten erhöht. Darüber hinaus müssen die neuen EMV-Maßnahmen gründlich getestet werden, um sicherzustellen, dass sie effektiv sind und keine neuen Probleme verursachen.

In welchen Branchen sind die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit besonders hoch und warum?

Die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit sind besonders hoch in Branchen wie der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie. In der Medizintechnik müssen Geräte absolut zuverlässig und störungsfrei arbeiten, um genaue Diagnosen und sichere Behandlungen zu gewährleisten. In der Luft- und Raumfahrt können elektromagnetische Störungen gravierende Sicherheitsrisiken darstellen, weshalb hier besonders strenge EMV-Normen gelten. Auch in der Automobilindustrie ist EMV entscheidend, da moderne Fahrzeuge eine Vielzahl von elektronischen Systemen enthalten, die störungsfrei zusammenarbeiten müssen.

Schlussfolgerung

Die elektromagnetische Verträglichkeit ist ein zentraler Aspekt im Design und Betrieb moderner elektrischer und elektronischer Systeme. Durch die Einhaltung von EMV-Normen und die Implementierung geeigneter Maßnahmen können störungsfreie und sichere Betriebsbedingungen gewährleistet werden. In einer zunehmend vernetzten und elektronisch gesteuerten Welt ist die Sicherstellung der EMV nicht nur eine technische Notwendigkeit, sondern auch ein Beitrag zur allgemeinen Lebensqualität und Sicherheit.

Bei uns wird die EMV ab dem ersten Gespräch in die Entwicklung miteinbezogen. Unsere internen EMV-Testmöglichkeiten gewährleisten, dass mögliche Störungen frühzeitig erkannt und behoben werden können. Für die abschließende Zulassung des Gerätes wird es in einem externen Labor umfassend getestet und zertifiziert. Als Kunde müssen Sie sich um die EMV-Prüfung keine Sorgen machen, denn wir übernehmen alle notwendigen Tests und stellen sicher, dass Ihr Gerät den höchsten EMV-Standards entspricht.

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