{"id":9535,"date":"2025-01-29T09:00:41","date_gmt":"2025-01-29T08:00:41","guid":{"rendered":"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/?p=9535"},"modified":"2025-04-28T15:21:18","modified_gmt":"2025-04-28T13:21:18","slug":"stoeraussendung-eines-batterie-ladereglers","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/en\/stoeraussendung-eines-batterie-ladereglers\/","title":{"rendered":"Interference emission from a battery charge controller"},"content":{"rendered":"<h2>Introduction<\/h2>\n<p>To reduce the risk during EMC testing for the approval of new medical devices, we like to conduct preliminary tests with devices in the prototype phase. We are currently supporting the development of a device for recording vital signs. The device can be powered by a mains adapter or battery. Sometimes these preliminary tests are successful from the very first measurement, but this particular device exhibited problems with interference emissions in the high-frequency range. What should be the next steps?<\/p>\n<p>A good way to narrow down the cause of the error is to deactivate individual functions of the device (if possible) or unplug cables. In this case, you&#039;ll notice that the interference decreases somewhat when all sensors are no longer connected, but it&#039;s only significantly reduced when the power supply is unplugged.<\/p>\n<p>Hence, the suspicion that the problem is coming from the battery charge controller. In our case, a synchronous step-down converter (buck converter) with two external MOSFETs is used.<\/p>\n<h2>Sources of interference Buck Converter<\/h2>\n<p>The main cause of electromagnetic interference in buck regulators is high-frequency currents in small current loops. In our case, there are two main loops, which can be seen in the following image.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild2-1024x440.png\" alt=\"\" width=\"605\" height=\"260\" \/><\/p>\n<p>Because currents I1 and I2 are discontinuous, both have steep edges when switching on and off. This causes high-frequency interference. The critical path here is area A between Cin, Q1, and Q2, because this is where the highest current flows. This also causes the most high-frequency interference.<\/p>\n<p>So we have the following starting points:<\/p>\n<ul>\n<li>Reduction of current loops through the layout<\/li>\n<li>Reduction of switching speed<\/li>\n<li>Damping slew rates<\/li>\n<li>Limiting the slope, e.g. by snubber<\/li>\n<\/ul>\n<p>We will look at these below.<\/p>\n<h2>Optimizing the layout<\/h2>\n<p>When designing the layout, the specifications from the datasheets should always be followed. Unfortunately, this wasn&#039;t possible in this project due to the given dimensions. This resulted in larger current loops in the layout. With the experience gained from the initial measurements and the following tips, this was significantly improved in the redesign. To minimize high-frequency interference, the area A should be kept as small as possible. This can be achieved through clever component placement.<\/p>\n<p>Here are a few tips regarding the layout of buck converters:<\/p>\n<ol>\n<li>Place Q<sub>HIGH<\/sub> and Q<sub>LOW<\/sub> opposite, so that drain and source are opposite each other, which reduces the loop considerably.<\/li>\n<li>Use input capacitors of different sizes and place them as close as possible between Q<sub>HIGH<\/sub> Drain and Q<sub>LOW<\/sub> Source.<\/li>\n<li>To connect decoupling capacitors to the GND area, multiple vias should be used to reduce the impedance of the connection.<\/li>\n<li>Place GND of the output capacitors outside the switching loop of the input capacitors.<\/li>\n<li>The circuit traces of the switching point and boost pins should be kept short and small.<\/li>\n<li>Signal path and power path should be separated<\/li>\n<li>Do not use a heat trap in the critical path, as this creates additional inductance.<\/li>\n<li>The GND surface for shielding should be directly below the surface containing the interference sources. It should be as continuous as possible beneath the input circuit.<\/li>\n<\/ol>\n<table>\n<tbody>\n<tr>\n<td>Old<\/td>\n<td>New<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild3-300x201.png\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"201\" \/><\/td>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild4-300x182.png\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"201\" \/><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>The loops of the current paths could be significantly reduced by implementing the tips, and the IC was also placed outside the current paths.<\/p>\n<table>\n<tbody>\n<tr>\n<td>Old layout<\/td>\n<td>New optimized layout<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild5.png\" alt=\"\" width=\"551\" height=\"350\" \/><\/td>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild6.png\" alt=\"\" width=\"551\" height=\"350\" \/><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>A direct comparison shows that the improved layout reduced the interference. However, it&#039;s not enough to pass the test.<\/p>\n<h2>Switching speed<\/h2>\n<p>One way to reduce emissions is to slow the switching speed. A series resistor at the gate of the MOSFET increases its on and off time, thus reducing high-frequency interference. The resistance cannot be chosen arbitrarily, as increasing the series resistance also increases the power dissipation in the MOSFET, causing it to heat up. Typical values in such applications are 5 to 10 \u03a9.<\/p>\n<table>\n<tbody>\n<tr>\n<td>0 ohms<\/td>\n<td>10 ohms<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild7.jpg\" alt=\"\" width=\"581\" height=\"280\" \/><\/td>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild8.jpg\" alt=\"\" width=\"579\" height=\"280\" \/><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild9.png\" alt=\"\" width=\"521\" height=\"334\" \/><\/p>\n<p>The images clearly show the relationship between emissions and power dissipation. Using a 10 ohm series resistor, the value is below the limit. However, this also significantly increases the temperature of the MOSFETs, in this case by about 40\u00b0C. This significantly reduces the service life of the components.<\/p>\n<h2>RC Snubber<\/h2>\n<p>Snubber circuits play a crucial role in reducing EMI by damping voltage spikes that occur during switching due to parasitic inductances. This reduces high-frequency components in the switching signal. The disadvantage of snubber circuits is the additional loss they introduce. A typical snubber consists of a resistor and a capacitor placed directly next to the MOSFET, in our case, the low-side MOSFET. The resistance value depends on the desired attenuation (\u03be) and the parasitic inductances and capacitances, which are usually unknown.<\/p>\n<p>The damping value chosen here is 0.4. <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1fdeb55b4f29333be68638b075a618d4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#32;&#82;&#95;&#83;&#32;&#61;&#32;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#125;&#123;&#50;&#32;&#120;&#105;&#125;&#32;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#76;&#95;&#112;&#125;&#123;&#67;&#95;&#112;&#125;&#125;&#32;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"21\" width=\"304\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/><\/p>\n<p>The following procedure can be used to determine the parasitic inductance and capacitance.<\/p>\n<ol>\n<li>Measuring the oscillation frequency (f<sub>RING<\/sub>) in the rising flank<\/li>\n<li>Increase the capacitance between the switching node and GND until the oscillation frequency is halved<\/li>\n<li>If the frequency is halved, the total capacitance is 4 times higher than at the beginning of the measurement. The parasitic capacitance (C<sub>p<\/sub>) corresponds to one third of the added capacity<\/li>\n<li>The parasitic inductance can be calculated. <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cf587b4a5580c658ca675a7005fc0972_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#32;&#44;&#32;&#76;&#95;&#112;&#32;&#61;&#32;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#125;&#123;&#67;&#95;&#112;&#32;&#44;&#99;&#100;&#111;&#116;&#44;&#32;&#108;&#101;&#102;&#116;&#32;&#40;&#50;&#32;&#44;&#99;&#100;&#111;&#116;&#44;&#32;&#112;&#105;&#32;&#44;&#99;&#100;&#111;&#116;&#44;&#32;&#102;&#95;&#123;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#82;&#73;&#78;&#71;&#125;&#125;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#50;&#125;&#32;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"25\" width=\"533\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/><\/li>\n<li>The snubber resistor (R<sub>S<\/sub>) can be calculated using the formula above and the snubber capacity (C<sub>S<\/sub>) is usually chosen to be 3-4 times larger than the parasitic capacitance<\/li>\n<\/ol>\n<table>\n<tbody>\n<tr>\n<td>1. Measurement f<sub>RING<\/sub><\/td>\n<td>2. Additional capacity 837 pF<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild10.png\" alt=\"\" width=\"538\" height=\"300\" \/>f<sub>RING<\/sub> = 138.8 MHz<\/td>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild11.png\" alt=\"\" width=\"538\" height=\"300\" \/>f<sub>RING<\/sub> = 69.4 MHz<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p><strong>3.<\/strong> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-daf5317fd9e3e62efd07f4d13a17c476_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#32;&#67;&#95;&#112;&#32;&#61;&#32;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#67;&#95;&#123;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#97;&#100;&#100;&#101;&#100;&#125;&#125;&#125;&#123;&#51;&#125;&#32;&#61;&#32;&#50;&#55;&#57;&#32;&#44;&#32;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#112;&#70;&#125;&#32;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"21\" width=\"325\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/><\/p>\n<p><strong>4.<\/strong> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1ca24a83d6dcecf573a06c60a7e3dd11_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#32;&#76;&#95;&#112;&#32;&#61;&#32;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#125;&#123;&#50;&#55;&#57;&#32;&#44;&#32;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#112;&#70;&#125;&#32;&#44;&#99;&#100;&#111;&#116;&#44;&#32;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#50;&#32;&#112;&#105;&#32;&#44;&#99;&#100;&#111;&#116;&#44;&#32;&#49;&#51;&#56;&#46;&#56;&#32;&#44;&#32;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#77;&#72;&#122;&#125;&#32;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#50;&#125;&#32;&#61;&#32;&#52;&#46;&#55;&#49;&#32;&#44;&#32;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#110;&#72;&#125;&#32;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"49\" width=\"692\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/><\/p>\n<p><strong>5.<\/strong> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-60e6d655a6ff35bf8b7b380013393004_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#32;&#82;&#95;&#83;&#32;&#61;&#32;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#49;&#125;&#123;&#50;&#32;&#44;&#99;&#100;&#111;&#116;&#44;&#32;&#48;&#46;&#52;&#125;&#44;&#32;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#52;&#46;&#55;&#49;&#32;&#44;&#32;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#110;&#72;&#125;&#125;&#123;&#50;&#55;&#57;&#32;&#44;&#32;&#116;&#101;&#120;&#116;&#123;&#112;&#70;&#125;&#125;&#125;&#32;&#61;&#32;&#53;&#46;&#49;&#52;&#32;&#44;&#32;&#79;&#109;&#101;&#103;&#97;&#32;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"656\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/><\/p>\n<p>For C<sub>S<\/sub> A 1nF capacitor is selected. Measurements with RC snubber (4.7\u03a9 and 1nF):<\/p>\n<table>\n<tbody>\n<tr>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild12.png\" alt=\"\" width=\"601\" height=\"350\" \/><\/td>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild13.png\" alt=\"\" width=\"547\" height=\"350\" \/><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>The snubber can significantly reduce interference in the 100MHz to 300MHz range.<\/p>\n<h2>Input filter<\/h2>\n<p>The ESR and ESL of capacitors increase their impedance, resulting in high-frequency voltage dips. These dips induce currents in the circuit&#039;s power supply. Discontinuous input currents and the length of the supply line can also lead to radiated emissions. To reduce these voltage dips, multiple low-ESR MLCCs of varying packages should be used. Additionally, an LC filter can be employed to localize the interference.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild14.png\" alt=\"\" width=\"517\" height=\"331\" \/><\/p>\n<p>The LC filter significantly attenuates interference at all frequencies.<\/p>\n<h2>Result<\/h2>\n<p>To resolve the EMC issues, all discussed measures were implemented. Their effectiveness has already been discussed in the respective chapters. Here is a final comparison of the measures:<\/p>\n<table>\n<tbody>\n<tr>\n<td>Previously<\/td>\n<td>Old layout with all measures<\/td>\n<td>New layout with all measures<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild15.png\" alt=\"\" width=\"546\" height=\"350\" \/><\/td>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild16.png\" alt=\"\" width=\"546\" height=\"350\" \/><\/td>\n<td><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild17.png\" alt=\"\" width=\"546\" height=\"350\" \/><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>This clearly demonstrates the importance of layout in a step-down converter. Initially, the difference may not seem significant, especially since radiation levels above 300 MHz are even slightly worse. However, comparing the subsequent measures reveals that these, along with the improved layout, significantly reduce interference emissions.<\/p>\n<p>I hope you enjoyed the article. It clearly demonstrates how the layout can significantly influence the EMC of devices, and how these problems can be effectively managed with the right measures. If you require our support, for example through reviews or measurements, please feel free to contact us at any time.<!--<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild16.png\" alt=\"\" width=\"546\" height=\"350\" \/><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild17.png\" alt=\"\" width=\"546\" height=\"350\" \/>--><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Einleitung Um bei der EMV Pr\u00fcfung f\u00fcr die Zulassung neuer medizintechnischer Ger\u00e4te das Risiko zu reduzieren machen wir gerne Vortests mit den Ger\u00e4ten in der Prototypen Phase. Aktuell unterst\u00fctzen wir bei der Entwicklung eines Ger\u00e4tes zur Erfassung von Vitalparametern. 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Das Ger\u00e4t kann \u00fcber ein Netzteil oder Akku versorgt werden.&lt;br \/&gt;\nManchmal verlaufen diese Vortests bereits bei der ersten Messung ohne Auff\u00e4lligkeiten, aber bei diesem Ger\u00e4t gab es Problem bei der St\u00f6raussendung im hochfrequenten Bereich. Wie sollte man nun vorgehen?&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;Eine gute Methode, um die Fehlerursache einzugrenzen ist es (wenn m\u00f6glich) einzelne Funktionen des Ger\u00e4tes zu deaktivieren oder Leitungen abzustecken. Dabei f\u00e4llt in diesem Fall auf, dass die St\u00f6rung zwar etwas geringer werden, wenn s\u00e4mtliche Sensoren nicht mehr verbunden sind, aber erst wenn das Netzteil abgesteckt wird, sind diese deutlich reduziert.&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;Daher die Vermutung, dass das Problem vom Laderegler f\u00fcr die Batterie kommt. In unserem Fall wird ein synchroner Abw\u00e4rtswandler (Buck-Converter) mit zwei externen MOSFETs verwendet.&lt;\/p&gt;\n&lt;h2&gt;St\u00f6rquellen Buck Converter&lt;\/h2&gt;\n&lt;p&gt;Die Haupursache f\u00fcr elektromagnetische St\u00f6rungen in Abw\u00e4rtsreglern sind hochfrequente Str\u00f6me in kleinen Stromschleifen. In unserem Fall gibt es zwei Hauptschleifen, die im folgenden Bild zu sehen sind.&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;&lt;img class=\"aligncenter wp-image-9558 size-large\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild2-1024x440.png\" alt=\"\" width=\"605\" height=\"260\" \/&gt;&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;Da es sich bei den Str\u00f6men I1 und I2 um diskontinuierliche Str\u00f6me handelt, haben beide steile Flanken beim Ein- und Ausschalten. Diese verursachen hochfrequente St\u00f6rungen. Der kritische Pfad ist hierbei die Fl\u00e4che A zwischen Cin, Q1 und Q2, weil hier der h\u00f6chste Strom flie\u00dft. Dadurch entstehen dort auch die meisten hochfrequenten St\u00f6rungen.&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;Wir haben also folgende Ansatzpunkte:&lt;\/p&gt;\n&lt;ul&gt;\n&lt;li&gt;Reduktion der Stromschleifen durch das Layout&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Reduktion der Schaltgeschwindigkeit&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;D\u00e4mpfen von Anstiegsgeschwindigkeiten&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Begrenzung der Flankensteilheit, z.B. durch Snubber&lt;\/li&gt;\n&lt;\/ul&gt;\n&lt;p&gt;Diese betrachten wir im Folgenden.&lt;\/p&gt;\n&lt;h2&gt;Optimierung des Layouts&lt;\/h2&gt;\n&lt;p&gt;Beim Entwurf des Layouts sollten die Vorgaben aus den Datenbl\u00e4ttern stets beachtet werden. Bei diesem Projekt war das aufgrund der vorgegebenen Dimensionen leider nicht m\u00f6glich. Dabei kam es im Layout zu gr\u00f6\u00dferen Stromschleifen.&lt;br \/&gt;\nMit der Erfahrung aus den ersten Messungen und den folgenden Tipps konnte das im Redesign deutlich verbessert werden.&lt;br \/&gt;\nUm hochfrequente St\u00f6rungen zu minimieren, sollte die Fl\u00e4che A m\u00f6glichst klein gehalten werden. Durch geschickte Platzierung der Bauteile kann dies erreicht werden kann.&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;Hier ein paar Tipps bez\u00fcglich des Layouts von Abw\u00e4rtswandlern:&lt;\/p&gt;\n&lt;ol&gt;\n&lt;li&gt;Platziere Q&lt;sub&gt;HIGH&lt;\/sub&gt; und Q&lt;sub&gt;LOW&lt;\/sub&gt; gegenl\u00e4ufig, sodass Drain und Source gegen\u00fcberliegen, das reduziert die Schleife erheblich.&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Nutze Eingangskondensatoren in verschiedenen Gr\u00f6\u00dfen und platziere sie so nah wie m\u00f6glich zwischen Q&lt;sub&gt;HIGH&lt;\/sub&gt; Drain und Q&lt;sub&gt;LOW&lt;\/sub&gt; Source.&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Um Entkopplungskondensatoren mit der GND Fl\u00e4che zu verbinden sollten mehrere Vias genutzt werden, um die Impedanz der Verbindung zu senken.&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Platziere GND der Ausgangskondensatoren au\u00dferhalb der Schaltschleife der Eingangskondensatoren.&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Die Leiterbahnen des Schaltpunktes und Boost Pins sollten kurz und klein gehalten werden.&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Signalpfad und Leistungspfad sollten getrennt werden&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Verwende im kritischen Pfad keine W\u00e4rmefalle , denn das erzeugt zus\u00e4tzliche Induktivit\u00e4t.&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Die GND Fl\u00e4che zur Schirmung sollte direkt unter der Fl\u00e4che mit den St\u00f6rquellen sein. Unter dem Eingangsschaltkreis sollte sie so durchg\u00e4ngig wie m\u00f6glich sein.&lt;\/li&gt;\n&lt;\/ol&gt;\n&lt;table&gt;\n&lt;tbody&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;Alt&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;Neu&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"alignleft wp-image-9560\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild3-300x201.png\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"201\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"alignleft wp-image-9561\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild4-300x182.png\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"201\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;\/tbody&gt;\n&lt;\/table&gt;\n&lt;p&gt;Die Schleifen der Strompfade konnten durch die Umsetzung der Tipps deutlich reduziert werden, au\u00dferdem wurde das IC au\u00dferhalb der Strompfade platziert.&lt;\/p&gt;\n&lt;table&gt;\n&lt;tbody&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;Altes Layout&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;Neues optimiertes Layout&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"alignleft wp-image-9564\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild5.png\" alt=\"\" width=\"551\" height=\"350\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"alignleft wp-image-9565\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild6.png\" alt=\"\" width=\"551\" height=\"350\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;\/tbody&gt;\n&lt;\/table&gt;\n&lt;p&gt;Im direkten Vergleich sieht man, dass die St\u00f6rungen durch das verbesserte Layout reduziert werden konnten. Es ist aber nicht ausreichend, um den Test zu bestehen.&lt;\/p&gt;\n&lt;h2&gt;Schaltgeschwindigkeit&lt;\/h2&gt;\n&lt;p&gt;Ein Mittel, um die Emissionen zu senken ist es die Schaltgeschwindigkeit zu reduzieren. Ein Serienwiderstand am Gate der MOSFETs erh\u00f6ht deren Ein und Ausschaltzeit und reduziert so die hochfrequenten St\u00f6rungen. Der Widerstand kann nicht beliebig gew\u00e4hlt werden, da sich mit dem Serienwiderstand auch die Verlustleistung im MOSFET erh\u00f6ht und dieser warm wird. Typische Werte in solchen Anwendungen sind 5 bis 10 \u2126.&lt;\/p&gt;\n&lt;table&gt;\n&lt;tbody&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;0 Ohm&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;10 Ohm&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"alignleft wp-image-9568\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild7.jpg\" alt=\"\" width=\"581\" height=\"280\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"alignleft wp-image-9569\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild8.jpg\" alt=\"\" width=\"579\" height=\"280\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;\/tbody&gt;\n&lt;\/table&gt;\n&lt;p&gt;&lt;img class=\"aligncenter size-full wp-image-9570\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild9.png\" alt=\"\" width=\"521\" height=\"334\" \/&gt;&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;In den Bildern ist die Abh\u00e4ngigkeit zwischen Emission und Verlustleistung gut zu erkennen. Setzt man einen Vorwiderstand mit 10 Ohm ein liegt man unter dem Grenzwert. Dabei erh\u00f6ht sich allerdings auch die Temperatur der MOSFETs deutlich, hier um etwa 40\u00b0C. Das reduziert die Lebensdauer der Bauteile deutlich.&lt;\/p&gt;\n&lt;h2&gt;RC Snubber&lt;\/h2&gt;\n&lt;p&gt;Snubber-Schaltungen spielen eine wesentliche Rolle bei der Reduzierung von EMI, indem sie die Spannungsspitzen d\u00e4mpfen, die w\u00e4hrend des Schaltvorgangs aufgrund von parasit\u00e4ren Induktivit\u00e4ten auftreten. Dadurch k\u00f6nnen hochfrequente Anteile im Schaltsignal reduziert werden. Der Nachteil an Snubber-Schaltungen ist der zus\u00e4tzliche Verlust, der durch sie entsteht.&lt;br \/&gt;\nEin typischer Snubber besteht aus einem Widerstand und einem Kondensator, welche direkt neben dem MOSFET platziert werden, in unserem Fall dem Low-side MOSFET.&lt;br \/&gt;\nDer Widerstandswert h\u00e4ngt von der gew\u00fcnschten D\u00e4mpfung (\u03be) und den, meist unbekannten parasit\u00e4ren Induktivit\u00e4ten und Kapazit\u00e4ten ab.&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;F\u00fcr die D\u00e4mpfung wird hier 0,4 gew\u00e4hlt. [latex] R_S = \\frac{1}{2 \\xi} \\cdot\\sqrt{\\frac{L_p}{C_p}} [\/latex]&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;Um die parasit\u00e4re Induktivit\u00e4t und Kapazit\u00e4t zu bestimmen kann folgendes Vorgehen verwendet werden.&lt;\/p&gt;\n&lt;ol&gt;\n&lt;li&gt;Messen der Schwingfrequenz (f&lt;sub&gt;RING&lt;\/sub&gt;) in der steigenden Flanke&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Kapazit\u00e4t zwischen dem Schaltknoten und GND erh\u00f6hen, bis sich die Schwingfrequenz halbiert&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Halbiert sich die Frequenz ist die gesamte Kapazit\u00e4t 4 mal h\u00f6her als zu Beginn der Messung. Die parasit\u00e4re Kapazit\u00e4t (C&lt;sub&gt;p&lt;\/sub&gt;) entspricht ein Drittel der hinzugef\u00fcgten Kapazit\u00e4t&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Die parasit\u00e4re Induktivit\u00e4t kann berechnet werden. [latex] \\, L_p = \\frac{1}{C_p \\,\\cdot\\, \\left (2 \\,\\cdot\\, \\pi \\,\\cdot\\, f_{\\text{RING}}\\right)^2} [\/latex]&lt;\/li&gt;\n&lt;li&gt;Der Snubber-Widerstand (R&lt;sub&gt;S&lt;\/sub&gt;) kann mit obiger Formel berechnet werden und die Snubber-Kapazit\u00e4t (C&lt;sub&gt;S&lt;\/sub&gt;) wird normalerweise so gew\u00e4hlt, dass sie 3-4 mal gr\u00f6\u00dfer ist als die parasit\u00e4re Kapazit\u00e4t&lt;\/li&gt;\n&lt;\/ol&gt;\n&lt;table&gt;\n&lt;tbody&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;1. Messung f&lt;sub&gt;RING&lt;\/sub&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;2. Zus\u00e4tzliche Kapazit\u00e4t 837 pF&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"alignleft wp-image-9577\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild10.png\" alt=\"\" width=\"538\" height=\"300\" \/&gt;&lt;br \/&gt;\nf&lt;sub&gt;RING&lt;\/sub&gt; = 138,8 MHz&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"alignleft wp-image-9576\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild11.png\" alt=\"\" width=\"538\" height=\"300\" \/&gt;&lt;br \/&gt;\nf&lt;sub&gt;RING&lt;\/sub&gt; = 69,4 MHz&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;\/tbody&gt;\n&lt;\/table&gt;\n&lt;p&gt;&lt;strong&gt;3.&lt;\/strong&gt; [latex] C_p = \\frac{C_{\\text{added}}}{3} = 279 \\, \\text{pF} [\/latex]&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;&lt;strong&gt;4.&lt;\/strong&gt; [latex] L_p = \\frac{1}{279 \\, \\text{pF} \\,\\cdot\\, \\left( 2 \\pi \\,\\cdot\\, 138.8 \\, \\text{MHz} \\right)^2} = 4.71 \\, \\text{nH} [\/latex]&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;&lt;strong&gt;5.&lt;\/strong&gt; [latex] R_S = \\frac{1}{2 \\,\\cdot\\, 0.4}\\, \\sqrt{\\frac{4.71 \\, \\text{nH}}{279 \\, \\text{pF}}} = 5.14 \\, \\Omega [\/latex]&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;F\u00fcr C&lt;sub&gt;S&lt;\/sub&gt; wird 1nF gew\u00e4hlt.&lt;br \/&gt;\nMessungen mit RC Snubber (4.7\u2126 und 1nF):&lt;\/p&gt;\n&lt;table&gt;\n&lt;tbody&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"alignleft wp-image-9586\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild12.png\" alt=\"\" width=\"601\" height=\"350\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"alignleft wp-image-9587\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild13.png\" alt=\"\" width=\"547\" height=\"350\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;\/tbody&gt;\n&lt;\/table&gt;\n&lt;p&gt;Durch den Snubber k\u00f6nnen die St\u00f6rungen im Bereich 100MHz bis 300MHz deutlich reduziert werden.&lt;\/p&gt;\n&lt;h2&gt;Eingangsfilter&lt;\/h2&gt;\n&lt;p&gt;ESR und ESL der Kondensatoren erh\u00f6hen deren Impedanz, was hochfrequente Spannungseinbr\u00fcche zur Folge hat. Diese Spannung induziert Str\u00f6me in die Versorgung der Schaltung. Die diskontinuierlichen Eingangsstr\u00f6me und die L\u00e4nge der Versorgungsleitung k\u00f6nnen ebenfalls zu gestrahlten Emissionen f\u00fchren.&lt;br \/&gt;\nUm die Spannungseinbr\u00fcche zu verringern, sollten mehrere MLCCs mit niedrigem ESR und unterschiedlicher Bauformen genutzt werden. Au\u00dferdem kann ein LC-Filter verwendet werden, um die St\u00f6rungen lokal zu halten.&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;&lt;img class=\"aligncenter size-full wp-image-9589\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild14.png\" alt=\"\" width=\"517\" height=\"331\" \/&gt;&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;Das LC-Filter d\u00e4mpft St\u00f6rungen s\u00e4mtlicher Frequenzen deutlich ab.&lt;\/p&gt;\n&lt;h2&gt;Ergebnis&lt;\/h2&gt;\n&lt;p&gt;Um die EMV Probleme zu l\u00f6sen wurden alle besprochenen Ma\u00dfnahmen umgesetzt. Die Wirksamkeit wurde bereits in den jeweiligen Kapiteln betrachtet. Hier eine finale Gegen\u00fcberstellung der Ma\u00dfnahmen:&lt;\/p&gt;\n&lt;table&gt;\n&lt;tbody&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;Vorher&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;Altes Layout mit allen Ma\u00dfnahmen&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"text-cell\"&gt;Neues Layout mit allen Ma\u00dfnahmen&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;tr&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"aligncenter wp-image-9594\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild15.png\" alt=\"\" width=\"546\" height=\"350\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"aligncenter wp-image-9591\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild16.png\" alt=\"\" width=\"546\" height=\"350\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;td class=\"image-cell\"&gt;&lt;img class=\"aligncenter wp-image-9592\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild17.png\" alt=\"\" width=\"546\" height=\"350\" \/&gt;&lt;\/td&gt;\n&lt;\/tr&gt;\n&lt;\/tbody&gt;\n&lt;\/table&gt;\n&lt;p&gt;Man sieht hier sehr sch\u00f6n wie wichtig das Layout bei einem Abw\u00e4rtsregler ist. Im ersten Vergleich scheint der Unterschied nicht besonders gro\u00df zu sein, zumal die Abstrahlung im Bereich gr\u00f6\u00dfer 300MHz sogar etwas schlechter wird.&lt;br \/&gt;\nVergleicht man aber die darauffolgenden Ma\u00dfnahmen sieht man, dass diese zusammen mit dem verbesserten Layout die St\u00f6raussendung deutlich st\u00e4rker reduzieren.&lt;\/p&gt;\n&lt;p&gt;Ich hoffe ihnen hat der Artikel gefallen. Man sieht hier sehr sch\u00f6n, dass das Layout erheblichen Einfluss auf die EMV von Ger\u00e4ten haben kann. Und dass man mit den richtigen Ma\u00dfnahmen diese Probleme sehr gut in den Griff bekommt.&lt;br \/&gt;\nFalls Sie unsere Unterst\u00fctzung ben\u00f6tigen, z.B. durch Reviews oder Messungen k\u00f6nnen Sie uns jederzeit benachrichtigen.&lt;!--\n&lt;img class=\"aligncenter wp-image-9591\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild16.png\" alt=\"\" width=\"546\" height=\"350\" \/&gt;\n&lt;img class=\"aligncenter wp-image-9592\" src=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Bild17.png\" alt=\"\" width=\"546\" height=\"350\" \/&gt;\n--&gt;&lt;\/p&gt;\n__TVE_SHORTCODE_RAW___<\/div><\/div>","tve_custom_css":"@media (min-width: 300px){.tcb-post-list[data-css=\"tve-u-18d31773283\"] .post-wrapper.thrv_wrapper { width: calc(33.3333% - 13.3333px); }.tcb-post-list[data-css=\"tve-u-18d31773283\"] .post-wrapper.thrv_wrapper:nth-child(n+4) { margin-top: 20px !important; }.tcb-post-list[data-css=\"tve-u-18d31773283\"] .post-wrapper.thrv_wrapper:not(:nth-child(n+4)) { margin-top: 0px !important; }.tcb-post-list[data-css=\"tve-u-18d31773283\"] .post-wrapper.thrv_wrapper:not(:nth-child(3n)) { margin-right: 20px !important; }.tcb-post-list[data-css=\"tve-u-18d31773283\"] .post-wrapper.thrv_wrapper:nth-child(3n) { margin-right: 0px !important; }}","tve_user_custom_css":"","tve_globals":{"e":"1","font_cls":[]},"tcb2_ready":1,"tcb_editor_enabled":1,"tve_landing_page":"","_tve_header":"","_tve_footer":""},"categories":[2,4,468],"tags":[720,187,719],"class_list":["post-9535","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-allgemein","category-hardware-entwicklung","category-testen","tag-buck-converter","tag-emv","tag-spannungsversorgung","post-wrapper","thrv_wrapper"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v28.0 - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-wordpress\/ -->\n<title>St\u00f6raussendung eines Batterie-Ladereglers - MEDtech Ingenieur GmbH<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/en\/stoeraussendung-eines-batterie-ladereglers\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"en_US\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"St\u00f6raussendung eines Batterie-Ladereglers - MEDtech Ingenieur GmbH\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"Einleitung Um bei der EMV Pr\u00fcfung f\u00fcr die Zulassung neuer medizintechnischer Ger\u00e4te das Risiko zu reduzieren machen wir gerne Vortests mit den Ger\u00e4ten in der Prototypen Phase. 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