T.Hartwig-ELektronik Inh. Thomas Hartwig
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Schaltnetzteile, LED-Lampen und Solaranlagen-Wechselrichter.
Moderne Energie-Effizienz im Widerspruch zur EMV (elektromagnetische Verträglichkeit).
Wir kommen nicht mehr umhin, unter audiophilen Gesichtspunkten die aktuelle Störsituation im Netz noch mehr zu berücksichtigen, und uns mit professioneller Leistungselektronik zu befassen.
Diese Seite ist kein Fachbericht und auch nicht als solcher zu verstehen.
Sie soll dem Audio Liebhaber helfen, die EMV-Problematik besser einzuordnen.

Schaltnetzteile, DC/DC-Wandler und auch LED-Lampen ermöglichen eine hohe Effizienz, können jedoch zu einer erhöhten Störaussendung von Funkstörungen führen. Diese breiten sich mittels elektromagnetischer Felder im freien Raum, und leitungsgebunden über die Netzanschlussleitungen in Form von hochfrequenten Störspannungen und -strömen aus.
Jede Art von getakteter Stromversorgung, ob Ladegeräte, LED-Lampen, Haushaltsgeräte, CD-Player, uvm. verursachen eine breitbandige Störaussendung, welche zur Funktionsstörung anderer elektrischer Geräte führen kann.

Hauptursache für die Störspannung ist am Eingang der Strom, welcher mit der Taktfrequenz des Schaltreglers durch dessen Eingangskondensator fließt und über den ESR einen Spannungsabfall hervorruft, der aus einem proportionalen Anteil durch den ESR und einem integrierten Anteil durch die Kapazität besteht.

Abhilfe schafft das gesetzlich vorgeschriebene Eingangsfilter, das die Störspannung in seiner Amplitude dämpft, Oberwellen unterdrückt und entscheidend die Funkstörspannung auf einen akzeptablen Wert reduziert.
Beispielsweise legt die Fachgrundnorm EN61000-6-4 bei 150kHz einen Grenzwert non 79dBµV fest (0dbµV=1µV). Bei den derzeitigen Filtern werden beispielsweise Einfügungsdämpfungen zwischen 70dB und 100dB deklariert. Jedoch können diese Werte in der Praxis selten erreicht werden, da solche Filter in einem 50-Ohm-System vermessen wurden (CISPR17 Norm) und die Impedanzen der Stromversorgungen von diesen Werten abweichen. Eine für den Musikliebhaber kaum akzeptable Situation, denn all diese Gesetze verlangen nur die Einhaltung eines Grenzwertes. Die Forderung, dass eine Störspannung erst gar nicht entsteht wird nicht gestellt, da dies nicht möglich erscheint.

Und es kommt noch schlimmer
Die EU hat für die nächste Zeit bereits eine neue Verordnung ins Leben gerufen.
Im Jahr 2019 verliert die Norm für Sicherheitszulassung EN 60950-1 ihre Gültigkeit. Die Nachfolgenorm ist die DIN EN 62368-1/VDE 0868-1.
Das bedeutet neben Übersapnnungsschutz, usw., auch einen weltweit genormten Eingangsspannungsbereich von 90V bis 264V AC (angegeben werden darf nur 100-240V, die vorige Angabe bezieht sich auf die vorgeschriebene Toleranz von +/-10%).
Das bedeutet aber auch, dass für diese Einhaltung wohl kaum ein analoges Netzteil geeignet ist, denn eine manuelle Umschaltung, wie bisher, ist nicht mehr vorgesehen.

Für den weltweiten Einsatz solcher Geräte ist diese Norm ein logistischer Vorteil.
Ein solcher Vorteil und höchste Effizienz, um Klimaschutzforderungen einzuhalten, bedeutet gleichzeitig einen Widerspruch zur EMV, also der Wahnsinn für High-End Liebhaber.


Wechselrichter in Solaranlagen
Solaranlagen sollen mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad arbeiten, das macht Sinn. Allerdings wird hier die saubere Gleichspannung in Wechselrichtern zerhackt, damit die Spannung ins 50Hz-Netz eingespeist werden kann. Das ergibt massive EMV-Probleme. Daher müssen Wechselrichter eine Vorrichtung zur Entstörung haben, um das starke Störspektrum auf gesetzlich festgelegte max. Werte zu dämpfen. Aber jede Verringerung des Störmaßes geht zu lasten des Wirkungsgrades, umgekehrt bewirkt ein hoher Wirkungsgrad durch schnelle Schaltvorgänge ein höheres Störmaß.

Eine unvorhersehbare Störsituation kann sich auch ergeben, wenn mehrere induktive und kapazitive Entstörkomponenten im Netz untereinander Resonanzen erzeugen. Dann kann die Störspannung auf ein weit größeres als zulässiges Maß ansteigen, obwohl jede einzelne Anlage den Normen entspricht. Obendrein gibt es immer noch Defizite in der Normengebung.

Wir wollen an dieser Stelle keine Zweifel am Nutzen von Solaranlagen streuen, sondern uns nur auf den Teil der negativen Auswirkungen beschränken, die den Musikgenuss im eigenen Heim stören.
Der Unterschied zu den Störungen durch im Haus befindliche Schaltnetzteile besteht in der Energie der Störungen, oder anders ausgedrückt: Im Quellwiderstand.
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Hilft die Messung nach CISPR17 wirklich?
Eine Störspannung, die durch eine benachbarte, oder der eigenen Solaranlage hervorgerufen wird, mag die gleiche Spannung haben, wie ein im Haus betriebenes Schaltnetzteil (beide halten die Spannungsgrenzwerte ein). Der Unterschied ist jedoch, dass sich auf Grund der geringeren Energie (hoher Quellwiderstand) die Spannung des Schaltnetzteils besser dämpfen lässt, als die Störspannung mit höherer Energie (kleiner Quellwiderstand) der Solaranlage.
Netz-Filter werden allerdings mit einem normierten Netzquellwiderstand von 50 Ohm gemessen, damit sie untereinander vergleichbar bleiben, während die Störungen im Stromnetz durch eine Solaranlage und anderen Störungen im Bereich um 1 Ohm liegen können.

Da Solaranlagen außerdem ein Störspektrum haben, das bereits ab ca. 10kHz stark einsetzt, sind Netzfilter mit Dämpfungsangaben von 20dB und mehr im 10kHz Bereich mit Vorsicht zu bewerten. Die normierte 50 Ohm-Messung kann in der Praxis bedeuten, dass z.B. ein üblicher Dämpfungswert bei 10kHz von 10-20dB bedeutet, dass in diesem Bereich gar keine Dämpfung, oder eine wesentlich geringere stattfindet.
Auch bei unseren Netzfiltern der EMI-Serie haben wir die Werte der CISPR17 Norm angegeben, um Vergleichswerte mit anderen Filtern zu haben. Hier zeigen wir zusätzlich die Ergebnisse unserer eigenen Messanordnung in einem 1 Ohm-System, das so aufgebaut wurde, dass es der Störsituation von Solaranlagen und anderen niederohmigen Störquellen besser angepasst ist. Die so ermittelten Dämpfungswerte sind deshalb auch niedriger als bei 50 Ohm-Messungen. Diese Abweichung ist dann auch auf andere Filter ähnlich übertragbar. Somit kann man besser einschätzen, welche Dämpfungswirkung die Filter im Bereich >10kHz tatsächlich haben.


1-Ohm Messung vs CISPR17-Messung
Messkurven unserer EMI-Filter.pdf
Die scharzen Linien zeigen die genormte CISPR17-Messung (symmetrisch und asymmetrisch)
Die roten Linien zeigen unsere Netzsimulation mit 1 Ohm Quellwiderstand (symmetrisch und asymmetrisch)

Diese Zusammenhänge sind ähnlich den Verbrauchsangaben von PKWs. Die Messungen werden unter idealen Bedingungen durchgeführt, die in der Praxis meistens gar nicht erreicht werden können.

Wie stark die CISPR17-Messungen von der Realität abweichen, hängt im Wesentlichen von dem Wechselstromwiderstand (Induktivität) der Drossel im Filter ab. Je höher die Induktivität, desto näher liegen die tatsächlichen Dämpfungswerte und die Werte der normierten 50 Ohm-Messung beieinander.
Drosseln mit hohen Induktivitäten besitzen aber auch einen höheren DC-Widerstand, was auch einen höheren Netzspannungsabfall und eine größere Verlustwärme zur Folge hat. Dem kann man entgegenwirken, durch sehr große Drosseln (dicker Draht), deren Abmessungen im Bereich eines 100 Watt Trafos liegen können. Ideal sind deshalb Drosseln mit hochpermeablen Magnetwerskstoffen, die trotz eines hohen Wechselstromwiderstandes sehr geringe Verlustwiderstände bei kleinen Maßen aufweisen.

Ausgeklügelte Netzfilterschaltungen, die dieser Situation angepasst sind, können die Freude am Musikhören steigern, die nur noch wie folgt übertroffen werden kann:
Nachts Musik hören, wenn keine Sonne scheint.


Wir bleiben dran
Das EMV Gesetzt ist 1996 in Kraft getreten. Bereits Anfang der 90er haben wir mehrtägige Seminare der PTB (Physikalisch technischen Bundesanstalt in Braunschweig) besucht, um dieses Thema so früh wie möglich zu verstehen. Obwohl wir kein Gerätehersteller sind, helfen solche Kenntnisse bei der Entwicklung und dem Design von Audiomodulen.
Im Laufe der Jahre kamen nicht nur neue gesetzliche Regelungen hinzu, auch wurden alte abgeschafft oder verändert. Wir haben immer auf den Stand der Dinge geachtet, der sich auf den High-End Musikgenuss auswirken kann, denn hier gibt es keine EU-Regeln.

Ein Glück
Die EMV-Gesetze gelten u.a. für in der EU erhältliche Fertiggeräte, die im Handel erworben werden können.
Bei Eingriffen in elektrische Geräte - oder dem Selbstbau von solchen - gilt folgende Warnung:
Bei allen Arbeiten mit Netz-Spannungen und anderen hohen Spannungen ist besondere Vorsicht geboten.
Wir lehnen in jedem Falle jegliche Haftung für resultierende Sach- und Personenschäden und sich daraus ergebende Folgeschäden grundsätzlich ab.
Jeder, der im privaten Bereich Geräte selbst baut, oder in Geräte eingreift, handelt nur und ausschließlich auf eigene Gefahr.