SMD-Ferrite von Würth / Praxisbeispiel Störfreie Schaltregler für analoge Schaltungen

Bild 1: REDEXPERT mit gewähltem SMD-Ferrit
Komfortable Auswahl des SMD-Ferrits mittels REDEXPERT, dem kostenlosen Online-Design-Programm von Würth Elektronik eiSos.

Die passenden Filterkomponenten sind das A und O, um kapazitive Kopplungen in benachbarten Schaltkreisen zu verhindern. Ein Praxisbeispiel zeigt, wie ein EMV-gerechtes Design von DC/DC-Schalt­reglern für analoge Audioverstärker aussehen könnte – mit Blick auf SMD-Ferrite von Würth Elektronik eiSos.

Von Ranjith Bramanpalli, Würth Elektronik eiSos, und Günther Klenner, K&K Prime Engineering

Schaltregler in Audioverstärkern

Schaltregler sind getaktete Schaltungen, die unterschiedliche Störquellen aufweisen und zu diversen EMV-Störungen führen können. Dennoch können selbst analoge Schaltungen mit Schaltreglern versorgt werden, sofern ein besonderes Augenmerk auf die Filterung der Störungen und das Leiterplatten-Layout gelegt wird. Abhängig von der Frequenz, mit der die Störung behaftet ist, eignen sich unterschiedliche Filterspulen. Bei hochfrequenten Störungen kommen Drahtspulen mit relativ niedriger Eigenresonanzfrequenz nicht mehr in Frage. Dafür nimmt man SMD-Ferrite, die Würth Elektronik in großer Vielfalt anbietet.

Störquellen

Zunächst gilt es, zwischen der leitungsgebundenen und der abgestrahlten Störaussendung zu unterscheiden. Am Eingang des Schaltreglers fließt der Eingangsstrom mit einem überlagerten Wechselstromanteil, der eine hohe HF-Energie beinhaltet. Diese Energie wird durch den Gegentaktstrom hervorgerufen und fließt mit der gleichen Frequenz, die zur Taktung des Schaltreglers verwendet wird. Über den Impedanzen des Eingangskreises und dem ESR des Eingangskondensators wird aufgrund des Eingangsstroms eine Störspannung erzeugt, die zur Störung von elektrischen Geräten führt. Ausgangsseitig fließt über den Ausgangskondensator des Schaltreglers ein Wechselstromanteil, der über den ESR des Ausgangskondensators zur unerwünschten Restwelligkeit führt. Sie kann nachfolgende analoge oder HF-Schaltkreise stören. Über abgeführte Leitungen kann es im Folgenden zur Störabstrahlung kommen, weil die Leitungen die Störungen wie Antennen über die Luft übertragen.

Kopplungsmechanismen

Ein elektrisches Wechselfeld – beispielsweise verursacht durch Schaltvorgänge mit hohem dV/dt-Anteil – führt zu einer kapazitiven Kopplung zwischen benachbarten Schaltkreisen oder Leitungen.

Hierbei stellt „C“ die parasitäre Koppelkapazität zwischen den einzelnen Leitungen dar. Eine kapazitive Kopplung erfordert einen Abstand „d“, der unterhalb von 10 % der Wellenlänge „“ liegt (d < /10). Analog hierzu erzeugen Wechselströme mit hohem di/dt-Anteil ein magnetisches Wechselfeld und können in benachbarte Schaltkreise oder Leitungen eine Störspannungen VNoise induzieren. So entsteht eine magnetische Verkopplung.

Hierbei stellt „M“ die parasitäre Koppelinduktivität zwischen den beiden Leitungen dar. Sie ist abhängig von der Geometrie der einzelnen Leitungen, dem Abstand und der Anordnung der einzelnen Leitungen zueinander. Eine magnetische Kopplung erfordert eine Leitungslänge, dessen Länge „l“ unterhalb 25 % der Wellenlänge liegt (l </4). Beide Kopplungsarten nehmen mit zunehmendem Abstand ab.