Eine selbstgebaute Netznachbildung für Precompliance-Tests leitungsgebundener Störaussendungen an DC-DC-Netzgeräten

Für die Durchführung von Precompliance-Messungen an Netzgeräten ist die Verwendung einer Netznachbildung (Line Impedance Stabilization Network, LISN) erforderlich, um die Ergebnisse mit Grenzwerten vergleichen zu können. Während Netznachbildungen zur Grundausstattung eines jeden Precompliance-Labors gehören, stehen bei Tests in der frühen Phase von Forschung und Entwicklung oftmals keine Netznachbildungen zur Verfügung. Falls Sie keine hohe Genauigkeit anstreben und lediglich ein einfaches Werkzeug für die Fehlersuche benötigen, können Sie Ihre eigene Netznachbildung schaffen. Rohde & Schwarz-Oszilloskope mit leistungsstarker FFT-Analyse eignen sich ideal für die Optimierung von EMI-Filtern oder die Überprüfung unerwünschter Aussendungen während der Entwicklung.

R&S®RTO2064 Oszilloskop mit DC-Netznachbildung
R&S®RTO2064 Oszilloskop mit DC-Netznachbildung

Ihre Anforderung

Misst man leitungsgebundene Störaussendungen nicht rechtzeitig im Entwicklungsprozess, so muss das Produkt oftmals bis zu einem gewissen Grad einem Redesign unterzogen werden. Die Durchführung von Tests leitungsgebundener Störaussendungen zu einem früheren Zeitpunkt in der Entwicklung kann das Risiko eines Redesigns drastisch reduzieren. Für das Aufspüren leitungsgebundener Störaussendungen im Rahmen der Fehlersuche ist ein hochgradig flexibles Messgerät erforderlich, um das Spektrum mit ausreichender Empfindlichkeit messen zu können.

Eine Netznachbildung ist ebenso notwendig, um das Messobjekt von der externen Versorgung zu entkoppeln und eine definierte Impedanz am Messobjekteingang sicherzustellen. Damit erzielt der Anwender reproduzierbare Messergebnisse. Eine dedizierte DC-Netznachbildung für Konformitätstests ist bei verschiedenen Zulieferern erhältlich. Allerdings benötigt man für die Bestimmung leitungsgebundener Störaussendungen keine hoch performante Netznachbildung. Leitungsgebundene Störaussendungen lassen sich auch mit einer selbstgebauten Netznachbildung überprüfen.

Rohde & Schwarz und Würth Elektronik eiSos kooperieren im Bereich anwendungsbezogener Aufgaben.
Rohde & Schwarz und Würth Elektronik eiSos kooperieren im Bereich anwendungsbezogener Aufgaben.

Lösung von Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz-Oszilloskope sind die Messgeräte der Wahl für die Entwicklung von Leistungselektronik und bieten Entwicklern die geforderte Empfindlichkeit und Flexibilität. Rohde & Schwarz-Oszilloskope zeichnen sich durch eine leistungsstarke und benutzerfreundliche FFT-Analyse zur Messung des Betrags der Frequenzkomponente aus. Gleichzeitig kann der Anwender die Zeitbereichssignale sehen und so die unerwünschten spektralen Aussendungen mit den jeweiligen Zeitbereichsereignissen korrelieren.

In Kombination mit einer selbstgebauten DC-Netznachbildung bilden die Oszilloskope einen leistungsstarken Messaufbau, um Messungen leitungsgebundener Störaussendungen an Leistungselektronik-Designs ohne zusätzliche, kostspielige Ausrüstung frühzeitig durchführen zu können. Dies ist insbesondere hilfreich, falls im F&E-Labor keine dedizierten Mittel wie ein Funkstörmessempfänger zur Verfügung stehen. Die selbstgebaute DC-Netznachbildung von Würth ist eine äußerst flexible Zweifach-DC-Netznachbildung für positive und negative Versorgungsleitungen.

Die Grundidee dahinter ist ein Messaufbau, der darauf abgestimmt ist, Precompliance-Messungen zu unterstützen. Das Oszilloskop ist ein dediziertes Precompliance-Messwerkzeug, das den Messaufbau in Kombination mit der selbstgebauten Netznachbildung vereinfacht, die Kosten niedrig hält und ausreichend Performance liefert, um EMI-Probleme am Beginn der Entwicklungsphase zu analysieren.

Precompliance-Messaufbau mit selbstgebauter DC-Netznachbildung
Precompliance-Messaufbau mit selbstgebauter DC-Netznachbildung
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Konfiguration des Netzgeräts

Die Netznachbildung muss zwischen dem Messobjekt und dem externen Netzgerät angeschlossen werden, um die leitungsgebundenen Störaussendungen eines Netzgeräts zu messen. Zur Impedanzanpassung muss der koaxiale Ausgang der Netznachbildung über ein Koaxialkabel mit einer am Oszilloskop aktivierten Eingangsimpedanz von 50 Ω mit dem Oszilloskop verbunden sein. Am Oszilloskop müssen für die Messung des Spektrums folgende Schritte durchgeführt werden:

  • Aktivieren Sie die FFT-Funktion und konfigurieren Sie die maximale und minimale Frequenz sowie die Auflösebandbreite
  • Stellen Sie die vertikale Empfindlichkeit im Zeitbereichsfenster ein, um eine Übersteuerung im Eingangskanal zu verhindern, wenn das Messobjekt eingeschaltet wird
  • Schalten Sie für eine Referenzmessung die Spannungsversorgung des Messobjekts aus. Damit wird das Grundrauschen des Messaufbaus, das nicht vom Messobjekt stammt, aufgezeigt
  • Schalten Sie die Spannungsversorgung wieder ein und führen Sie eine Messung durch. Vergleichen Sie das Ergebnis mit für das Messobjekt bekannten Grenzwerten für leitungsgebundene Störungen an beiden Stromversorgungsleitungen. Berücksichtigen Sie eine mögliche zusätzliche Dämpfung durch die Netznachbildung

Fallstudie – Leistungsfähigkeit einer selbstgebauten DC-Netznachbildung

Die beiden Screenshots unten zeigen eine Messung leitungsgebundener Störaussendungen mit dem R&S®RTO2064 Oszilloskop in Kombination mit einer normgerechten, marktgängigen Netznachbildung und der selbstgebauten Netznachbildung von Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG.

Kanal 1 und Kanal 2 zeigen die gemessenen Zeitbereichssignale an den positiven und negativen Anschlüssen der Netznachbildung. Die Netznachbildung dämpft diese Signale um einen Faktor von 10 dB. Dies muss beim Vergleich mit den Störaussendungsgrenzwerten berücksichtigt werden. Die Math-Kanäle M3 und M4 zeigen das Spektrum in dBμV an der Eingangsklemme des Messobjekts an. Das am Eingang des DC/DC-Wandlers erzeugte Rauschspektrum ist deutlich sichtbar.

Die Messungen leitungsgebundener Störaussendungen mit der Netznachbildung von Würth zeigen, dass das Max-Hold-Spektrum auf der Eingangsleitung über das gesamte Frequenzspektrum sehr nahe bei den Ergebnissen der marktgängigen Netznachbildung liegt.

Fazit

In Kombination mit der selbstgebauten DC-Netznachbildung von Würth eignet sich das Oszilloskop von Rohde & Schwarz mit seiner schnellen und effizienten FFT-Funktion ideal für die EMI-Fehlersuche und ist eine kostengünstige Lösung für die Designphase in der Leistungselektronik. Mit einer frühzeitigen EMI-Evaluation lässt sich viel Zeit und Geld sparen. Eine dedizierte DC-Netznachbildung ist für Konformitätsprüfungen nicht erforderlich. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die EMI-Konformität ohne wesentliche Umgestaltung des Produkts aufgrund fehlgeschlagener Tests erreicht werden kann.

Siehe auch:
www.rohde-schwarz.com/oscilloscopes

EMI-Spektrum mit marktgängiger DC-Netznachbildung
EMI-Spektrum mit marktgängiger DC-Netznachbildung
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EMI-Spektrum mit selbstgebauter Netznachbildung (gemäß Würth)
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Zusätzliche Dateien

Dateien mit Informationen zum Design

Laden Sie nach der Registrierung eine ZIP-Datei mit Schaltplänen, Zusammenbau, Layout und Stücklistendetails herunter.

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