SMD-Ferrite von Würth / Praxisbeispiel
Störfreie Schaltregler für analoge Schaltungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Wirkung des Filters
Der Tiefpass aus SMD-Ferrit und Filterkondensator bildet eine Einfügedämpfung, die abhängig ist von der Last und Quellimpedanz der Schaltung. Bild 2 zeigt das schematische Verhältnis der Impedanzen und dem Filter.
In diesem Anwendungsfall stellt der Schaltreglereingang die Quellimpedanz „ZB“ dar, und die Zuleitung die Lastimpedanz „ZA“. Die Einfügedämpfung des Filters „AF“ wird beim Tiefpass durch den oben stehenden Ausdruck definiert. Problematisch bei der Berechnung ist die Ermittlung der Quell- und Lastimpedanz, weil beides meist unbekannt ist. Die Quellimpedanz, in diesem Fall der Schaltreglereingang, lässt sich messtechnisch ermitteln. Die Lastimpedanz hingegen kann variieren, weil sie die Versorgung der Schaltung ist. Über einen Wert der Lastimpedanz können daher nur Vermutungen angenommen werden. Aus diesem Grund wird die Impedanz des Filters in LTSpice im 50-Ω-System simuliert. LTSpice verfügt über eine umfangreiche Bibliothek, in der eine Vielzahl von Produkten von Würth Elektronik hinterlegt sind.
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Der Eingangsfilter bewirkt im Zeitbereich eine Reduzierung der Störspannung in ihrer Amplitude. Weil in diesem Anwendungsfall die kapazitive Kopplung der Störspannung unterdrückt werden soll, kann das Resultat des Filters mit einem Oszilloskop untersucht werden. Bild 3 zeigt die Messung der Störspannung am Schaltreglereingang. Es liegt ein deutlich hoher Wechselspannungsanteil mit einer Amplitude von 120 mV an. Damit die Störspannung nicht die Leitung passiert oder sich in benachbarte Schaltkreise koppeln kann, ist der Filter unmittelbar vor dem Schaltreglereingang platziert. Bild 4 zeigt die Störspannung mit dem Eingangsfilter.
Die Messung zeigt, dass der Eingangsfilter die Störspannung auf nur noch 20 mV reduziert und besonders die Schaltspitzen unterdrückt. Somit liegt die Störspannung in einem unkritischen Bereich.
Analog dazu kann diese Messung am Schaltreglerausgang durchgeführt werden, um die Amplitude der Restwelligkeit zu prüfen. Sowohl am Eingang als auch am Ausgang des Schaltreglers werden die gleichen Filterkomponenten verwendet. Ein SMD-Ferrit und ein Kondensator bilden den Ausgangsfilter. Die Restwelligkeit am Schaltreglerausgang weist in dem Beispiel einen Wechselspannungsanteil von 80 mV auf. Dieser ist noch zu hoch, um analoge Schaltkreise versorgen zu können. Auch hier wird eindeutig eine Wirkung eines Ausgangsfilters erzielt. Die Restwelligkeit wird auf einen Wert von unter 10 mV reduziert und ist nun absolut unkritisch.
Zusammenfassung
Mit den richtigen Filterkomponenten lassen sich kapazitive Kopplungen in benachbarten Schaltkreisen sicher verhindern: Eine Filterung der Eingänge reduziert die unerwünschte Störspannung – und damit leitungsgebundene Störungen –, und die Reduzierung der Restwelligkeit am Schaltreglerausgang wird mittels eines Ausgangsfilters erzielt. Messungen mit einem Oszilloskop haben erwiesen, dass sich zur HF-Unterdrückung am besten SMD-Ferrite eignen. Bei der Auswahl der SMD-Ferrite hilft der „Component Selector“ von Würth Elektronik, und das Ergebnis des Filters kann einfach in LTSpice simuliert werden. Das hier untersuchte Beispiel zeigt, dass Schaltregler sogar in Analogverstärkern eingesetzt werden können, sofern die beschriebenen Punkte beachtet werden.
- Störfreie Schaltregler für analoge Schaltungen
- Fallbeispiel eines Abwärtswandlers
- Wirkung des Filters
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