Fraunhofer-Gesellschaft

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Vorhersage von magnetischen Kopplungen in Filterschaltungen

 
: Lissner, A.; Hoene, E.; Guttowski, S.; John, W.; Reichl, H.

Gonschorek, K.-H. ; MESAGO Messe Frankfurt GmbH, Stuttgart:
Elektromagnetische Verträglichkeit, EMV 2006 : Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit, 7.-9. März 2006, Messe Düsseldorf
Berlin: VDE-Verlag, 2006
ISBN: 978-3-8007-2933-3
ISBN: 3-8007-2933-4
pp.173-180
Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) <12, 2006, Düsseldorf>
German
Conference Paper
Fraunhofer IZM ()
EMV; Filter; Feldkopplung; Bauteilplatzierung

Abstract
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.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-57797.html