EMV der Stromversorgung erklärt: EMI, EMS, Klasse B und wichtige Überlegungen zur Auswahl industrieller Stromversorgung

Da sich die industrielle Automatisierung, intelligente Maschinen, Haushaltsgeräte und IoT-Geräte weiterentwickeln, wird es zunehmend wichtiger, eine stabile Systemleistung in verschiedenen elektromagnetischen Umgebungen sicherzustellen. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist eine grundlegende Anforderung, die bestimmt, ob ein elektronisches Gerät sicher und zuverlässig betrieben werden kann, ohne unerwünschte elektromagnetische Störungen zu erzeugen oder zu empfangen.

Dieser Artikel bietet einen klaren und strukturierten Überblick über die Grundlagen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), einschließlich der Klassifikationen von elektromagnetischer Störung (EMI) und elektromagnetischer Verträglichkeit (EMS), wichtiger Testelemente, Geräuschkopplungsmechanismen, den Unterschied zwischen den Emissionsgrenzwerten der Klasse A und Klasse B und warum die Stromversorgung eine zentrale Rolle für die gesamte EMV-Leistung spielt. Er skizziert auch wesentliche Entwurfsüberlegungen und wie ARCH die systemweite EMV-Konformität durch Erfahrung im Bereich der Stromversorgung unterstützt.

Was ist EMC und warum ist es wichtig?

EMC beschreibt die Fähigkeit eines Geräts, ordnungsgemäß in seiner vorgesehenen elektromagnetischen Umgebung zu arbeiten, während zwei wesentliche Bedingungen erfüllt sind:

Andere Geräte nicht stören (EMI – Elektromagnetische Störungen)
Elektronische Geräte erzeugen hochfrequente Schaltgeräusche, Schleifenströme und transiente Signale.Wenn sie nicht richtig kontrolliert werden, können diese Störungen nahegelegene Steuerungen, Sensoren, Kommunikationsmodule, Anzeigen oder andere elektronische Systeme beeinträchtigen.
Widerstandsfähigkeit gegen Störungen von externen Quellen (EMS – Elektromagnetische Empfindlichkeit)
Elektrische Umgebungen umfassen häufig statische Entladungen, Überspannungsereignisse, Relaisumschalttransienten und Hochfrequenzrauschen.Ein Gerät muss in der Lage sein, diesen Störungen zu widerstehen, um einen kontinuierlichen Betrieb aufrechtzuerhalten.

In der industriellen Automatisierung und in Haushaltsanwendungen – wo Systeme dicht integriert sind – ist die zuverlässige EMV-Leistung direkt mit der Betriebssicherheit und Produktsicherheit verbunden.

EMI- und EMS-Testanforderungen

Bevor sie auf den Markt kommen, müssen die meisten Industrie- und Verbrauchergeäte eine vollständige EMV-Bewertung durchlaufen. EMV-Bewertungen werden allgemein in zwei Kategorien unterteilt:

EMI-Tests – Begrenzung des vom Gerät erzeugten Geräuschs
- CE (Durchgeführte Emission)
  Misst Geräusche, die durch AC/DC-Stromleitungen geleitet werden.
- RE (Abgestrahlte Emission)
  Misst elektromagnetische Energie, die durch die Luft abgestrahlt wird.
Übermäßige elektromagnetische Störungen (EMI) können Steuerungssysteme, Kommunikationsschnittstellen, drahtlose Module und andere empfindliche Geräte beeinträchtigen.

EMS-Tests – Gewährleistung der Immunität gegenüber externen Störungen

Zu den branchenüblichen Immunitätstests gehören:

Testartikel	Simulierte Bedingung
ESD (Elektrostatische Entladung)	Menschlicher Kontakt, Gehäuseentladung
EFT (Elektrischer Schnelltransient)	Relais-/Motorumschalttransienten
Überspannungsfestigkeit	Blitzinduzierte Überspannung, Netzschwankung
RS / CS (RF-Festigkeit)	Radio-, Mobil- und elektromagnetische Feldstörungen

Schlechte EMS-Leistung kann zu folgendem führen:
unerwarteten Rücksetzungen, Kommunikationsfehlern, Flimmern des Displays, instabilem Verhalten oder sogar zum Systemabsturz.

Geräuschkopplungsmechanismen: Wie Störungen in ein System gelangen

Elektromagnetisches Rauschen erreicht empfindliche Schaltungen über verschiedene Kopplungswege. Das Verständnis dieser Mechanismen ist entscheidend für ein effektives EMV-Design.

Leitungsgebundene Kopplung
Störungen treten über Strom- oder Signalleitungen ein.
Kapazitive Kopplung
Hohe dv/dt-Schaltvorgänge oder eng verlegte Leiterbahnen induzieren unbeabsichtigte Kopplung.
Induktive Kopplung
Hochstromschleifen, Motoren oder Relais erzeugen Magnetfelder, die nahegelegene Schaltungen beeinflussen.
Strahlungsgekoppelt
Geräusche breiten sich durch die Luft als elektromagnetische Wellen aus.

Die Minderung dieser Kopplungswege in den frühen Entwurfsphasen verbessert die EMC-Leistung erheblich.

Klasse A vs. Klasse B: Verständnis der Emissionsgrenzen

EMI-Emissionsgrenzen werden typischerweise in folgende Kategorien eingeteilt:

Kategorie	Anwendung	Einschränkung
Klasse A	Industrielle, robuste Umgebungen	Weniger streng
Klasse B	Wohn-, Gewerbe- und leichte Industrie	Am strengsten

Obwohl industrielle Systeme in Klasse A-Umgebungen betrieben werden, werden Klasse B-Stromversorgungen oft bevorzugt, insbesondere wenn Geräte Folgendes enthalten:

Mensch-Maschine-Schnittstellen
Kommunikationsmodule
Displays oder Touch-Panels
Installation in halb-innen oder gemischten Umgebungen

Strengere Emissionsgrenzen helfen, Systemstörungen zu reduzieren und die allgemeine EMC-Konformität zu vereinfachen.

Warum die Stromversorgung zentral für die EMC-Leistung ist

Bei praktischen EMC-Debugging sind ein hoher Prozentsatz der Fehler direkt mit der Stromversorgung verbunden.

Dies liegt an mehreren inhärenten Eigenschaften:

Der Schaltvorgang erzeugt von Natur aus hochfrequentes Rauschen
MOSFET-Schaltungen, Gleichrichterkreise und magnetische Komponenten tragen alle zu EMI bei.
Das Netzteil ist die primäre Schnittstelle für externe Störungen
Überspannungs-, EFT- und ESD-Ereignisse gelangen typischerweise über die Leistungsstufe in das System.
Die Erdung und Verkabelung des Systems konzentrieren sich um die Stromversorgung
Falsches Routing, unterbrochene Erdungsflächen oder schlechte Platzierung von Filtern können EMI-Probleme erheblich verstärken.
Die zunehmende Miniaturisierung erhöht die EMC-Komplexität
Kompakte IoT-Geräte, Haushaltsgeräte und industrielle Module platzieren häufig Antennen und Stromkreise in unmittelbarer Nähe.

Die Auswahl eines gut gestalteten Netzteils mit starken EMI/EMS-Eigenschaften ist eine der effektivsten Möglichkeiten, die systemweite EMV zu verbessern.

Wichtige EMC-Designprinzipien

Unabhängig von der Anwendung sind die folgenden Prinzipien allgemein anwendbar:

Platzieren Sie EMI-Filter so nah wie möglich am AC-Eingang
Trennen Sie Hochspannungs- und Niederspannungsleitungen
Minimieren Sie die Flächen von Schaltkreisen
Vermeiden Sie gewickelte oder gebündelte Drähte, die Schleifen bilden
Halten Sie durchgehende und gut verbundene Erdungsflächen
Verwenden Sie Abschirmungen für empfindliche Schaltungen oder RF-Zonen, wenn nötig

Die frühzeitige Anwendung dieser Prinzipien im Designprozess verbessert die EMC-Robustheit erheblich und reduziert das Zertifizierungsrisiko.

Wie ARCH die EMC-Leistung in elektronischen Systemen verbessert

ARCH verfügt über umfangreiche Erfahrungen in der industriellen Steuerung, Haushaltsgeräten, Smart Devices, Kommunikation und anderen Anwendungsbereichen. Im Laufe der Jahre haben wir starke Fachkenntnisse im Bereich der EMV-Entwicklung von Stromversorgungen, Systemintegration und praktischer Verifizierung aufgebaut. Unser Ziel ist es, unseren Kunden zu helfen, sowohl die EMI- als auch die EMS-Leistung auf Systemebene zu verbessern, um es Produkten zu erleichtern, die Zertifizierung zu bestehen und langfristige Stabilität in realen Umgebungen aufrechtzuerhalten.

Die Unterstützung von ARCH umfasst:

Leistungsarchitekturen mit verbesserter EMI/EMS-Leistung
Durch optimierte Filterung, Steuerung des Schaltvorgangs und Schutzmechanismen reduzieren ARCH Netzteile emittiertes Rauschen und stärken die Immunität gegenüber Überspannungen, ESD und schnellen transienten Störungen.
Gestaltungsempfehlungen für Systemverkabelung, Filterung und Erdung
Wir bieten praktische Leitlinien für die Routenführung und das Layout in den frühen Entwurfsphasen, um den Kunden zu helfen, die Ursachen von EMI zu reduzieren und die allgemeine EMC-Konformität zu verbessern.
Unterstützung für verschiedene Anwendungsumgebungen und globale EMC-Standards
Ob für Industrieanlagen, Haushaltsgeräte, intelligente Displays, Energiesysteme oder IoT-Geräte, ARCH kann Kunden dabei helfen, Stromlösungen auszuwählen, die spezifische Umwelt- und Vorschriftenanforderungen erfüllen.
EMC-Test- und Fehlersuche-Hilfe
Wenn Kunden während der Tests auf EMI/EMS-Probleme stoßen, bietet ARCH richtungsweisende Verbesserungsvorschläge an, um das Debugging zu beschleunigen und die Markteinführungszeit zu verkürzen.

Durch die richtige Auswahl der Stromversorgung und umfassende EMC-Planung können Produkte Stabilität, Sicherheit und Wettbewerbsfähigkeit in verschiedenen Betriebsumgebungen aufrechterhalten. In Zukunft wird ARCH weiterhin Einblicke in Anwendungen von Stromversorgungen und EMC-Technologien teilen, um Kunden dabei zu unterstützen, bessere Ergebnisse im gesamten Produktentwicklungsprozess zu erzielen.

Erkunden Sie mehr ARCH AC-DC Stromlösungen
Kontaktieren Sie uns