Leiterplatten-EMV-Filter

Conference: AmE 2010 - Automotive meets Electronics - GMM-Fachtagung
04/15/2010 - 04/16/2010 at Dortmund, Germany

Proceedings: AmE 2010 - Automotive meets Electronics

Pages: 5Language: germanTyp: PDF

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Authors:
Tenbohlen, Stefan; Streibl, Franz; Spratler, Christian; Hartmann, Jörg (Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik (IEH), Universität Stuttgart, Deutschland)
Tenbohlen, Stefan; Streibl, Franz; Spratler, Christian; Hartmann, Jörg (Robert Bosch GmbH, Stuttgart, Deutschland)

Abstract:
Zum Schutz vor Störimpulsen, beispielsweise elektrostatischer Entladungen, müssen viele Halbleiterbauelemente in Motorsteuergeräten durch eine externe Beschaltung auf der Leiterplatte geschützt werden. Stand der Technik ist im Automobilbereich der Einsatz von oberflächenmontierten, keramischen Kondensatoren, die nahe an den Pins des Steckers gemeinsam mit der Längsimpedanz des Steckers und der Zuleitung einen Tiefpass bilden. Dies bringt Nachteile mit sich, da dieser Tiefpass kaum optimiert werden kann, das Dämpfungsverhalten im Bereich hoher Frequenzen aufgrund der Eigeninduktivität des Kondensators und dessen Zuleitungen gering ist und die Kondensatoren zudem ein Degradationsverhalten aufweisen. Als Alternative hierzu wurde eine Filterstruktur entwickelt, die durch geschickte Strukturierung vorhandener Kupferflächen und deshalb ohne zusätzliche Prozessschritte in mehrlagige Leiterplatten von Steuergeräten eingebettet werden kann und so konventionelle Schutzkonzepte und deren diskrete Bauelemente ersetzt. Der Frequenzgang dieser Filterstruktur lässt sich beliebig auf einen gegebenen Störimpuls abstimmen. Der Entwurf eines solchen Filters erfolgt durch analytische Abschätzungen gefolgt von feldnumerischen Simulationen. Dem groben Entwurf schließt sich eine Optimierung an. Dabei kann das Filter geometrisch optimiert und mit transienten Simulationen auf die jeweilige Störsenke (z.B. Halbleiter) exakt abgestimmt werden. Die transiente Simulation erfordert hierzu die simulative Abbildung der vollständigen Anordnung aus Störquelle, Filterstruktur und Störsenke. Das Filterkonzept wurde durch den Aufbau eines Prototypen in die Praxis umgesetzt und dadurch die Machbarkeit bestätigt. Die verbesserte Schutzfunktion der Struktur wurde durch Kleinsignalmessungen am Prototyp in guter Übereinstimmung mit den Simulationen nachgewiesen.