EMV-Designoptimierung für MCUs und OBCs: Vom Nacharbeitsfehler zur Erstkonformität

Bei der Entwicklung der Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge zählen die Motorsteuereinheit (MCU) und das On-Board-Ladegerät (OBC) zu den Subsystemen mit den größten Herausforderungen im Hinblick auf elektromagnetische Störungen (EMV). Da Hochspannungsplattformen, schnelle Schaltfrequenzen und kompakte Bauformen zum Standard werden, sind EMV-Probleme keine Ausnahmen mehr – sie sind vorhersehbare Folgen früher Designentscheidungen.

Viele Projekte setzen jedoch immer noch auf einen reaktiven Arbeitsablauf:
Prototyp → EMV-Testfehler → Nacharbeit → erneuter Test .
Dieser Kreislauf kostet Zeit, treibt die Kosten in die Höhe und führt oft zu einer Sackgasse, sobald die mechanischen Strukturen eingefroren sind.

Basierend auf mehreren realen MCU- und OBC-Co-Design-Projekten beschreibt dieser Artikel einen bewährten Weg von wiederholten EMV-Nacharbeitsfehlern hin zur erstmaligen Konformität und zeigt auf, warum EMV grundsätzlich ein Designproblem ist und nicht erst nach dem Test behoben werden kann.

Warum EMV-Nachbearbeitungen scheitern: Lehren aus realen MCU- und OBC-Projekten

Fall 1: Die abgestrahlten Emissionen des Mikrocontrollers überschreiten den Grenzwert um 12 dB

Ausgabe
Die abgestrahlten Emissionen überschritten die Grenzwerte im Frequenzbereich von 30–200 MHz um bis zu 12 dB.

Originaler Ansatz
Standardmäßiges leitfähiges Gewebe wird zur Abschirmung der MCU-Steuerplatine verwendet, wobei große mechanische Spalten vorhanden sind.

Hauptursachen

• Schlechte Rückstellkraft des leitfähigen Gewebes erhöhte mit der Zeit die Kontaktimpedanz.

• Keine Anfasung an den Verbindungskanten, wodurch die Abschirmungskontinuität unterbrochen wird.

• Nicht kompatibel mit SMT-Prozessen, was zu instabiler Erdung führt.

Optimierte Lösung

• Ersetzt durch eine SMT-Dichtung (SMD-G-KLD-Serie)

• Strukturelle Fasenoptimierung

• Kontrolliertes Kompressionsverhältnis von 25–30 %

Ergebnis
Die abgestrahlten Emissionen wurden um 15 dB reduziert und die Anforderungen der CISPR 25 Klasse 3 wurden in einem einzigen Testzyklus erfüllt.

Wichtigste Erkenntnis
Abschirmungsmaterialien müssen hinsichtlich Struktur, Prozess und Lebensdauerzuverlässigkeit – und nicht nur hinsichtlich der Leitfähigkeit – geeignet sein.

Fall 2: OBC-Leitungsgebundene Störaussendungen bei 150 kHz versagen

Ausgabe
Die leitungsgebundenen Störaussendungen überschritten die Grenzwerte um 8 dB bei 150 kHz; die Eingangs- und Ausgangsfilterung war unwirksam.

Originaler Ansatz
Es wurde ein Standard-π-Filter verwendet, das Filtergehäuse blieb jedoch lose.

Hauptursachen

• Das schwimmende Metallgehäuse ermöglichte eine kapazitive Rauschkopplung.

• Der Erdungspfad überschritt 20 mm, wodurch die induktive Impedanz anstieg.

• Kein niederohmiges Material für koplanare Erdung

Optimierte Lösung

• Leitfähige Silikonkautschukdichtung verbindet Filtergehäuse direkt mit Gehäuse

• Bodenpfad auf <10 mm verkürzt

• Aluminiumfolien-Abschirmband ermöglicht 360°-Kabelanschluss

Ergebnis
Die leitungsgebundenen Emissionen wurden um 18 dB reduziert und entsprechen somit vollständig der Norm GB 34660.

Wichtigste Erkenntnis
Die Filterleistung hängt stärker von der Qualität der Erdung ab als von den Bauteilwerten allein.

Vom Scheitern zur Erstkonformität: Eine vierstufige EMV-Designmethode

Schritt 1: Frühe Identifizierung von EMV-Risiken

Wichtige Prüfungen während der Entwurfsphase:

• Strom- und Steuerzonen voneinander getrennt (empfohlener Abstand ≥ 5 mm)

• Filter, die in der Nähe von Schnittstellen mit Erdungspfaden <10 mm platziert sind

• Abschirmkonstruktionen unterstützen einen 360°-Abschluss

• Die Materialien erfüllen die Zuverlässigkeitsstandards der Automobilindustrie.

Verwandte Referenz:
EMV-Abschirmung für Leiterplatten: Vom Punkt-Schutz bis zur Systemisolation

Schritt 2: Gemeinsame Gestaltung von Material und Struktur

Auswahlprinzipien für Abschirmungsmaterialien

Richtlinien zur Strukturoptimierung

• Fügen Sie Fasen hinzu, um eine gleichmäßige Kompression zu gewährleisten.

• Vermeiden Sie die Erdung von Anschlusskabeln („Pigtail“-Kabel) – verwenden Sie stattdessen eine vollständige 360°-Anschlussklemme.

• Filtergehäuse müssen direkt verklebt werden, niemals über Anschlussdrähte.

Für SMT-kompatible Lösungen siehe:
SMT-Dichtungen | Kompakter und dennoch leistungsstarker EMV-Schutz für elektronische Geräte

Schritt 3: Simulation + Messungsverifizierung

• Nahfeldsimulation mit HFSS oder CST zur Vorhersage von Impedanzpfaden

• Vorabtests in Kundenlaboren zur frühzeitigen Risikoerkennung

• Alle Optimierungen wurden durch Messdaten validiert, nicht durch Annahmen.

Schritt 4: Zusammenarbeit im geschlossenen Regelkreis

• Erstellen Sie einen nachvollziehbaren Kreislauf: Problem → Lösung → Validierung → Standardisierung

• Erfolgreiche Korrekturen in interne EMV-Designregeln umwandeln

• Setzen Sie in neuen Projekten von Anfang an auf bewährte Lösungen, um auf Anhieb Erfolg zu erzielen.

Unsere Rolle: Kooperativer EMV-Designpartner

Wir ersetzen keine Systemarchitekten. Stattdessen definieren wir die realisierbaren Grenzen der Material- und Erdungsleistung innerhalb realer Fertigungsbeschränkungen.

Unser Beitrag umfasst:

• Materialdefinition: TDS, Simulationsmodelle, Prozessparameter

• Frühe EMV-Risikowarnungen bei der Tragwerksplanung

• Datengestützte Nachbearbeitungsempfehlungen

• Unterstützung für die SMT-Bestückung und Konsistenz in der Massenproduktion

Um die langfristigen Materialzuverlässigkeitsrisiken zu verstehen, siehe:
Verborgene Korrosion von leitfähigem Silikonkautschuk: Wie mikroskalige Elektrochemie die EMV-Zuverlässigkeit untergräbt

Vom Überarbeitungsdenken zum Design Thinking

EMV-Probleme in MCU- und OBC-Systemen sollten niemals erst nach dem Testen „gefunden und behoben“ werden – sie sollten von vornherein von vornherein vermieden werden.

Nacharbeit verursacht Kosten.
Design ist eine Investition.
Zusammenarbeit ist der Weg.
Das Ergebnis ist die Einhaltung der Vorschriften beim ersten Versuch.

Konlida bietet keine universellen Abkürzungen. Wir liefern verifizierbare, reproduzierbare und produktionsreife EMV-Lösungen , die auf Materialwissenschaft, Systemlogik und den Realitäten der Automobilfertigung basieren.

Wenn Ihr MCU- oder OBC-Projekt mit anhaltenden EMV-Problemen konfrontiert ist, sind wir bereit zur Zusammenarbeit – bis das Problem an der Wurzel gepackt ist.