Grenzen der klassischen Störaussendungs- und Störfestigkeitsmessungen: Beeinflussung des Störspektrums durch nichtlineare Elemente

Abstract

Ein zu prüfendes System wird als elektromagnetisch verträglich bezeichnet, wenn es zufriedenstellend in seiner vorgesehenen elektromagnetischen Umwelt arbeitet und dort nur in einem zulässigen Maß zum Störgeschehen beiträgt. [1] Der Beitrag zum Störgeschehen wird mit Störaussendungsmessungen nachgewiesen, welche je nach Prüfling und Umgebung, z.B. durch CISPR-Normen, vorgegeben sind. Auf gleiche Weise sind Störfestigkeitsmessungen definiert, welche die Prüfbedingungen, zum Nachweis der ausreichenden Festigkeit gegenüber einwirkenden Störgrößen, vorschreiben. Besteht das zu prüfende System beide Messungen gemäß der zugehörigen Vorschrift, gilt es als elektromagnetisch verträglich bezüglich der Umgebung, für die es vorgesehen ist. Darauf aufbauend kann der Hersteller in der EU eine CE-Kennzeichnung an seinem System anbringen und es innerhalb der Europäischen Union vertreiben. Störaussendungs- und Störfestigkeitsmessungen werden separat durchgeführt. Es wird davon ausgegangen, dass die Ergebnisse überlagert weiterhin ihre Gültigkeit behalten. Außerhalb des Prüflabors liegen allerdings andere Bedingungen vor und zusätzliche Effekte des Prüflings können zum Vorschein kommen. Zum Beispiel gibt die Störfestigkeitsnorm [2] nur einzelne Störträgerfrequenzen vor, welche mit einer 1 kHz Sinuswelle und einer Tiefe von 80 % amplitudenmoduliert sind. Tatsächlich muss damit gerechnet werden, dass heute eine Vielzahl von Störfrequenzen, ggf. mit diversen unterschiedlichen Modulationstypen, zeitgleich auf das System einwirken. Dies kann, wenn nichtlineare Elemente im System verbaut sind, zu Wechselwirkungen der einwirkenden Einzelfrequenzen führen. Dies sind zum Beispiel Harmonische des Grundstörsignals oder Intermodulationsprodukte (IM). Diese Mischprodukte können nicht nur das System selbst, sondern ebenfalls die Umgebung beeinflussen und ggf. Störungen verursachen. Eine allgemeine Betrachtung des Prüflings als Koppel- oder Mischelement ist in den Prüfnormen bis auf wenige Ausnahmen unüblich. Diese Arbeit präsentiert Ergebnisse, welche die beschriebenen Wechselwirkungen aufzeigen. Es wird das verwendete Messverfahren erläutert und die Probleme, welche bei der Messung von nichtlinearen Effekten auftreten können, aufgezeigt. Bei den verwendeten Prüflingen handelt es sich um handelsübliche USB-Schaltnetzteile. Diese beinhalten eingangsseitig eine B2 Gleichrichter-Brücke mit angeschlossenem Kondensator um die anliegende 230 V-Netzwechselspannung gleichzurichten.