Virtuelle EMV-Störfestigkeitsprüfung auf Komponentenebene

Abstract

Virtuelle EMV-Störfestigkeitsprüfung auf Komponentenebene --- Aufgabe:--- Der Entwurf und die Simulation einer elektronischen Schaltung erfolgt im Allgemeinen mit Hilfe eines Netzwerksimulators z.B. SPICE. Es wäre wünschenswert, damit auch Störspannungen und Störströme simulieren zu können, die während einer Störfestigkeitsprüfung der Komponenten auftreten. An den Prüfverfahren Streifenleitung und BCI-Methode wird eine Methode angewendet, die es erlaubt, mit SPICE-Modellen Störspannungen und Störströme im Frequenzbereich zu simulieren. Die SPICE-Modelle basieren auf realen Komponenten eines Prüfaufbaus.--- Die Prüfverfahren Streifenleitung und BCI-Methode sind eingeführte Störfestigkeitsprüfverfahren u.a. in der Automobilindustrie. Bei diesen Prüfverfahren besteht eine elektromagnetische Kopplung zwischen der Streifenleitung bzw. BCI-Zange und Testkabelbaum, der Prüfling und Prüfmonitor miteinander verbindet. Die direkte Feldeinkopplung in die Elektronik des Prüflings kann vernachlässigt werden, wenn sich diese außerhalb des Streifenleiters befindet. Diese Eigenschaft wird genutzt, um Einflüsse von Schaltungsmodifikationen auf Spannungs- u. Stromverläufe zu simulieren, wenn der mechanische Aufbau unverändert bleibt.--- Lösung:--- Der messtechnische Prüfaufbau für die Prüfung mit der Streifenleitung ist in der DIN ISO 11452-5:2003-01 und der BCI-Methode in IEC 62132-3Ed.1 detailliert beschrieben. Für die Simulation in SPICE ist es erforderlich den Prüfaufbau in funktionale Einheiten zu zerlegen und diese Einheiten als SPICE-Modelle abzubilden.--- In SPICE werden Signalgenerator und HF-Verstärker als eine ideale AC-Spannungsquelle mit einer Amplitude von 1Volt und einem Innenwiderstand von 50 Ohm dargestellt.--- HF-Komponenten, Streifenleitung mit Testkabelbaum, BCI-Zange mit Testkabelbaum werden als separate n-Tore entsprechend der Mehrtortheorie betrachtet. Diese n-Tore können durch gemessene oder berechnete Streuparameter beschrieben werden. Die für die Simulation notwendigen SPICE-Modelle basieren auf gesteuerten Quellen und komplexen Leitwerten, die aus S-Parametern berechnet wurden. Der Schaltungsentwickler platziert und verbindet die Modelle des virtuellen Prüfaufbaus und der zu prüfenden Schaltung entsprechend den Gegebenheiten des realen Prüfaufbaus.--- In einer AC-Analyse werden zunächst alle Spannungen und Ströme der Schaltung bei einer konstanten Amplitude der AC-Spannungsquelle berechnet.--- In einer realen Messumgebung hingegen wird der Ausgangspegel des Signalgenerators bei jedem Frequenzschritt den Prüfanforderungen angepasst und damit die geforderte Prüfbedingung eingestellt.--- In der Simulation wird dieser messtechnische Regelvorgang in einem Matlab-Script nachgebildet.--- Der Vergleich Mess- u. Simulationsergebnis zeigt eine gute bis sehr gute Übereinstimmung über den gesamten Frequenzbereich von 1 MHz bis 400 MHz.--- Zusammenfassung:--- Es wurde eine Methode vorgestellt, die es dem Schaltungsentwickler ermöglicht, ausgehend von den einmalig generierten SPICE-Modellen der Komponenten des Prüfaufbaus Streifenleitung und der BCI-Methode, virtuelle Störfestigkeitstests durchzuführen.--- Dadurch wird es einfacher, während der Entwicklungsphase EMV-Anforderungen zu berücksichtigen und deren Einhaltung nachzuweisen.--- Die Anwendung der vorgestellten Methode kann die Komponenten-Entwicklungszeit reduzieren und Kosten aufgrund von überdimensionierten EMV-Maßnahmen minimieren.