Um bereits während des Entwurfs eines konkreten Gehäuses bzw. einer Leiterplatte die Gleichtakt-Abstrahlung analysieren und daraus evtl. Verbesserungsmaßnahmen ableiten zu können, oder aber um Entwurfsregeln für eine möglichst geringe Gleichtakt-Abstrahlung herleiten zu können, sollen Simulationen durchgeführt werden. Dazu sollte ein dreidimensionales, elektro-dynamisches Feldberechnungsprogramm verwendet werden, da sich die Strukturen im zu betrachtenden Frequenzbereich bis 1 GHz im Bereich der Wellenlänge bewegen. Es soll ein bewusst einfaches Modell eines elektronischen Kfz-Steuergerätes in einem metallischen Gehäuse mit angeschlossenem Kabelbaum eingesetzt werden, mit dem sich qualitativ die Gleichtakt-Abstrahlung numerisch berechnen lässt. Dieses Modell erfordert vergleichsweise kurze Rechenzeiten, so dass Parameterstudien in akzeptablen Zeiten möglich sind. So lassen sich die Einflussgrößen analysieren und die Effekte der Gleichtakt-Abstrahlung verstehen. Anhand eines aus der Literatur bekannten Modells zur Gleichtakt-Abstrahlung von Leiterplatten mit angeschlossenen Leitungen wurde ein Simulationsmodell für das Gehäuse eines Kfz-Steuergerätes mit Leiterplatte und angeschlossenem Kabelbaum entwickelt. Dabei wurde das Modell so weit vereinfacht, dass sich akzeptable Rechenzeiten (im Bereich von 45 Minuten mit dem Programm Microwave Studio) ergeben. Die bis 1 GHz berechneten Frequenzgänge des in den Kabelbaum fließenden Gleichtaktstromes zeigen das gleiche qualitative Verhalten wie das Modell aus der Literatur. Der gewählte Modellierungsansatz mit seinen Vereinfachungen ist daher offenbar zulässig. Es wurden Parameterstudien an dem Simulationsmodell durchgeführt, aus denen sich allgemeine Entwurfsregeln für eine möglichst geringe Gleichtakt-Abstrahlung ableiten lassen. So sollte beispielsweise die Leiterplatten-Massefläche an ihrem gesamten Rand gut mit dem metallischen Gehäuse kontaktiert sein; Leitungen, die hochfrequente Signal tragen, sollten möglichst kurz sein und im hinteren Bereich der Leiterplatte (also nahe der Gehäuserückwand) angeordnet werden. Aufgrund der geringen Rechenzeiten des Simulationsmodells lassen sich bestehende und sogar neue Gehäusekonzepte hinsichtlich ihrer Gleichtakt-Abstrahlung analysieren und optimieren. Dies trägt zur Verbesserung der EMV des Produktes bereits in der Entwicklungsphase bei.
Simulation der Gleichtakt-Abstrahlung von Kfz-Steuergeräten
Simulation of the common mode radiation of automotive controllers
2010
8 Seiten, 9 Bilder, 2 Quellen
Conference paper
German
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