Da Verbraucher von ihren Elektronikgeräten immer bessere Leistungen erwarten, wird die Minimierung elektromagnetischer Störungen (EMI) zu einem Problem, das gelöst werden muss.

30 April, 2021
 

Wir entwickeln innovative Methoden und Technologien zur Reduzierung der Effekte elektromagnetischer Interferenz (EMI), wie das erste Netzteil mit integriertem EMI-Filter – und helfen damit unseren Kunden. Ohne Kompromisse in Sachen Leistungsdichte einzugehen, können sie ihre Systemkosten reduzieren, EMI-Normen einfacher erfüllen und somit kleinere, verlässlichere sowie erschwinglichere Elektronikprodukte entwickeln.

Sie hatten sicherlich zuhause schon einmal ein flimmerndes LED-Licht oder konnten ein seltsames Rauschen aus Ihrem Radio hören. Vielleicht denken Sie ja, dass dies auf paranormale Phänomene zurückzuführen ist, aber es könnte sich hier um Beispiele elektromagnetischer Interferenz handeln, erklärt Cecelia Smith, Abteilungsleiterin für Boost und Multikanal-/Multiphasen-DC/DC-Produkte bei TI.

Aber EMI ist weitaus mehr als nur ein Ärgernis oder unbekanntes Verhalten Ihrer Elektrogeräte: Im schlimmsten Fall können EMI-Störungen zum Ausfall von Elektronikkomponenten führen. Angesichts der Tatsache, dass Geräte immer kleiner werden und die Komponenten immer näher zusammenrücken, wird die Minimierung elektromagnetischer Interferenz (EMI) zu einer immer größeren Herausforderungen für Ingenieure.

„Endkunden möchten und erwarten immer leistungsfähigere Elektronikgeräte. Das bedeutet, dass EMI-Störemissionen eine wichtige Herausforderung bleiben werden, die es zu lösen gilt,” so Cecelia. „Unsere Firma arbeitet gerade an der Entwicklung von Technologien zur Reduzierung von EMI-Störungen, sodass kleinere, verlässlichere und erschwinglichere Elektronikgeräte hergestellt werden können.”

Warum ist EMI ein Problem?

Benachbarte elektronische Schaltkreise können einander aufgrund von ungewollt abgegebener elektromagnetischer Interferenz „stören“, was zu Schäden oder sogar zu Ausfällen von Systemkomponenten führen kann.

Zu den häufigsten Verursachern von EMI gehören Schaltnetzteile, weit verbreitete Schaltkreise, die effizient Strom wandeln können und daher beliebt sind und besonders häufig eingesetzt werden. Diese Wandler erzeugen signifikante leitungsgebundene und abgestrahlte Störemissionen (EMI), die als Folge von hochfrequenten Schaltungsereignissen von Spannung und Strom entstehen.

Elektronikanwendungen werden immer kleiner, was dazu führt, dass Störemissionen vermehrt auftreten. Dieser Trend wird zusätzlich dadurch verstärkt, dass sich Schaltwandler weiterhin großer Beliebtheit erfreuen. Daher wird die Reduzierung von EMI-Störemissionen zu einem wichtigen Aspekt, über den sich Entwicklungsingenieure im Designzyklus früh Gedanken machen müssen. Wird das Problem nicht frühzeitig miteinbezogen, können diese Störemissionen (EMI) später im Designzyklus erhebliche Probleme verursachen, was dann sowohl Zeit als auch Geld kostet.

„Wir sehen eine starke Zunahme von Halbleitern in unserem Alltag, da Elektronikanwendungen immer intelligenter und vernetzter werden,” so Jeffrey Morroni, Manager für Strom, Isolierung und Motoren bei Kilby Labs. „Diese anspruchsvolleren und komplexeren Elektroniksysteme werden immer kleiner und kleiner, wodurch die Komponenten immer näher zusammenrücken. Dieser Trend erhöht die elektromagnetische Interferenz, und die damit verbundenen Herausforderungen bereiten Ingenieuren schlaflose Nächte.”

Maßnahmen zur Reduzierung von EMI

Unsere Ingenieure beschäftigen sich schon seit Jahren mit dem Problem der elektromagnetischen Interferenz und verwenden innovative Ansätze als Maßnahmen zur Reduzierung von EMI.

Die neueste Entwicklung ist der 42-Volt-DC/DC-Abwärtswandler LM25149 – der erste Stromversorgungsbaustein mit einem integrierten EMI-Filter, der darauf ausgelegt ist, Hochfrequenz-Störungen zu erfassen und dafür einen Pfad mit geringer Impedanz zu bereiten, erklärt Ambreesh Tripathi, einer unserer Systemmanager.

„Er ersetzt den sperrigen, teuren passiven Filter mit einem sehr kleinen Filter. Und was sogar noch besser ist: der Filtervorgang passiert direkt im Silizium,“ sagt er. „Mithilfe dieses Bausteins können Ingenieure die Größe eines externen EMI-Filters um die Hälfte verringern.“

Jeff vergleicht den aktiven EMI-Filter mit Kopfhörern mit Geräuschunterdrückung.

„Kopfhörer mit Geräuschunterdrückung haben einen Sensor, der Umgebungsgeräusche misst und den Lautsprecher nutzt, um die Geräusche auszulöschen, sodass wir sie nicht hören,” sagt er. „Unsere Lösung funktioniert nach demselben Prinzip: EMI wird unterdrückt und ie Störung wird reduziert. Wir übernehmen die Bewältigung dieses Problems für unsere Kunden, sodass sie sich auf andere Dinge konzentrieren können."

Von ADAS bis hin zur Raumfahrt

Die Reduzierung von elektromagnetischer Interferenz (EMI) beim Design von Stromversorgungslösungen stellt für Entwicklungsingenieure eine stetig wachsende Herausforderung dar, besonders angesichts der wachsenden Verwendung von Elektronikbausteinen für fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme, Infotainment und Kombiinstrumente für Fahrzeuganwendungen, Gebäudeautomatisierung, und Designs für Raumfahrt und Verteidigung.

„Die Herausforderung ist, dass wir mehr Leistung auf gleicher Fläche unterbringen möchten, aber mit steigender Leistungsdichte erhöht sich auch das Potential für EMI,“ so Cecelia. „Autos, zum Beispiel, durchlaufen derzeit große Veränderungen und werden in Zukunft ganz anders aussehen als noch vor 10 -15 Jahren. Angefangen beim Infotainment-System bis hin zum Kamerasystem und fortschrittlichem LIDAR, beschäftigen sich Autohersteller damit, welches Potenzial die Systeme haben um eine besser vernetzte Architektur zu erreichen, die ein optimales Zusammenspiel aller Komponenten ermöglicht.“

Die von unserem Unternehmen neu entwickelten Stromversorgungschips ermöglichen die Erfüllung von EMI-Normen ohne Kompromisse in Sachen Leistungsdichte und somit die Entwicklung kleinerer und fortschrittlicherer Systeme. Sie sind Teil eines umfangreichen Portfolios mit Stromversorgungsprodukten von TI, die sich mit einer Reihe von Problemen rund um das Thema leitungsgebundene und abgestrahlte Störemissionen befassen.

„Wir werden auch weiterhin bei der Lösung von EMI-Herausforderungen in vielen verschiedenen Bereichen des Marktes helfen – sowohl für Gleichtakt- als auch differentielle Störsignale, und in Hoch- und Niederspannungsanwendungen,” so Jeff. „Diese Technologie zeigt unseren Kunden, dass wir ein großartiger Partner sind und Probleme lösen können, von denen sie nicht glaubten, dass wir sie bewältigen können oder sollten.”

Aus Leidenschaft für eine bessere Welt

Die Unterstützung unserer Kunden bei der Bewältigung von EMI-Herausforderungen ist ein Beispiel dafür, wie TI-Innovatoren ihre Leidenschaft leben, eine bessere Welt zu schaffen, indem sie Elektronik durch Halbleiter erschwinglicher machen. Mit jeder Generation von Innovation wird unsere Technologie kleiner, effizienter, zuverlässiger und erschwinglicher, neue Märkte eröffnen sich und Halbleiter können in Elektroniklösungen in allen Bereichen weltweit eingesetzt werden. Für uns bei TI, ist dies der wahre technische Fortschritt. Dabei können wir auf unsere jahrzehntelange Erfahrung aufbauen.