Passive gegen Funkstörspannungen
Netzfilter – die letzte Hürde im Schaltnetzteil
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Optimierung des Netzfilters
Zusätzlich gibt es die Möglichkeit, den Störsicherheitsabstand im unteren Frequenzbereich weiter zu erhöhen. Hierzu werden die beiden X-Kondensatoren mit 330 nF gegen zwei 1,5-µF-X-Kondensatoren getauscht. Bild 7 zeigt die Messung des optimierten Netzfilters.
Die Änderung der Kapazität bewirkt im unteren Frequenzbereich eine Reduzierung der Funkstörspannung um circa 15 dB. Es wurde ein größerer Störsicherheitsabstand geschaffen und ein guter Netzfilter entworfen.
Oft wird zu Beginn versucht, nur mit X- und Y-Kondensatoren zu entstören, um auf eine Gleichtaktdrossel zu verzichten. Dies spricht aber gegen das Prinzip des Netzfilters, dem Störstrom entgegen zu wirken, indem ein hochimpedantes Filterelement hinzugefügt wird. Versuchsweise wurde die Funkstörspannung mit demselben Filter ohne Gleichtaktdrossel gemessen. Bild 8 zeigt die Messung.
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Wie erwartet, steigt die Störaussendung im unteren Frequenzbereich ohne die Netzdrossel WE-CMB stark an. Bei 200 kHz weist der Quasi-Peak einen Wert von circa 78 dBµV und der Average-Peak einen Wert von 60 dBµV auf. Bis zu 600 kHz wird der zulässige Störpegel sowohl vom Quasi- als auch vom Average-Peak überschritten. Ein Netzfilter kommt ohne eine Netzdrossel nicht aus!
Zusätzlicher Gegentaktfilter
Reicht die Gegentaktunterdrückung mit der WE-CMB und den X-Kondensatoren nicht aus, so hilft ein zusätzlicher Gegentaktfilter aus zwei weiteren in Reihe geschalteten Spulen. Bild 9 zeigt den daraus resultierenden Aufbau.
Für die Gegentaktunterdrückung eignen sich Würth-Elektronik-Spulen wie WE-TI HV beziehungsweise WE-PD2 HV oder die WE-SD-Serie. Im Fall von hochfrequenten Störungen wird die Serie WE-UKW empfohlen. An dieser Stelle könnte wieder die Thomsonsche Schwingungsgleichung verwendet werden, um die Spulen zu berechnen. Wird von jeder Spule eine Einfügedämpfung von 40 dB/Dekade abverlangt, so sollte mit einer Eckfrequenz von einem Zehntel der Taktfrequenz gerechnet werden.
Zur Berechnung der Spule lässt sich der bereits verwendete Wert der X-Kondensatoren verwenden.
LDM = 1 / ((2π∙ fCLK/10)2 ∙ CX) = 1 /((2π ∙ 100 kHz/10)2 ∙ 330 nF) = 767 µH
Da die Spulen für den Gegentaktstrom in Reihe liegen, wird der berechnete Wert durch zwei geteilt. Der nächst größere Induktivitätswert einer WE-TI HV wäre 470 µH. Bei der Auswahl einer Gegentaktspule sollte darauf geachtet werden, dass ihr Nennstrom IR weit über dem Nennstrom des Schaltnetzteileingangs liegt.
Ergebnis des Netzfilters
Schlussfolgernd kommt ein Netzfilter für Schaltnetzteile ohne eine Gleichtaktdrossel nicht aus. Einzelne Kondensatoren genügen nicht, um die Störaussendung vollständig zu unterdrücken. Ist eine weitere Unterdrückung der Gegentaktstörung erforderlich, so helfen vor dem Netzfilter zusätzliche Längsspulen. Mit einem Netzfilter liegen alle Störpegel unter dem zulässigen Grenzwert und das Schaltnetzteil kann eine EMV-Prüfung bestehen.
- Netzfilter – die letzte Hürde im Schaltnetzteil
- Entwurf eines Netzfilters
- Optimierung des Netzfilters
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