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Kompromiss zwischen Kosten, Größe und Leistung

8. April 2019, 14:41 Uhr | VON STEVE ROBERTS, CTO RECOM

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Parasitäre Effekte in Induktoren ändern die Stördämpfung

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Dämpfung eines L-C-Filters mit und ohne berücksichtigten Kernverlust
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LLOSS1 und LLOSS2 zusammen mit RLOSS1 und RLOSS2 sind ein vereinfachter Weg zur Einbeziehung des Effekts frequenzabhängiger Kernverluste im Stromkreis – unterschiedliche Werte von LLOSS ergeben unterschiedliche Impedanzen, wodurch unterschiedliche Widerstände RLOSS eine Auswirkung bei unterschiedlichen Frequenzen haben. Zur Verfeinerung des Modells lassen sich weitere LLOSS/ RLOSS-Netzwerke hinzufügen, aber die Werte der Komponenten sind aus den Informationen des Datenblattes des Induktors bislang schwierig zu berechnen, sodass die Werte für einen bestimmten Induktor und einen Kern empirisch ermittelt werden. Bild 3 zeigt ein Simulationsergebnis der Dämpfung eines Filter mit und ohne LLOSS/RLOSS-Netzwerke mit einigen angenommenen Werten für L und C und deren parasitären Anteilen und zeigt, dass der Kernverlust eine starke Auswirkung auf die Dämpfung hochfrequenter Störungen haben kann – in diesem Fall einen Unterschied von 20 dB bei etwa 10 MHz. Leider steht der Kernverlust nicht in typischen Datenblättern von Induktoren und kann stark variieren.

Bauelemente-Auswahl für das EMV-Filter am Eingang

Bei der Wahl eines kommerziellen Induktors für das EMV-Filter auf der Eingangsseite eines DC/DC-Wandlers geben die Informationen im Datenblatt des Induktor-Herstellers (z.B. wie in Bild 4) normalerweise kaum mehr als Induktivität, DC-Widerstand und manchmal die Resonanzfrequenz an. Das kann zwar die Dämpfung des reflektierten Ripple-Stroms am Eingang um einen bestimmten Betrag ermöglichen, die Dämpfung von Störspitzen und deren Spektrum ohne Angaben zu den parasitären Komponenten ist jedoch nur schwer vorherzusagen. Wie bereits am Ausgangsfilter gesehen, werden Hochfrequenzeffekte wie Kernverluste einen starken Einfluss auf die Störungsdämpfung haben. Es ist verständlich, dass Hersteller der Induktoren diese Informationen nicht angeben, da es viele Variablen gibt. So hängt der Kernverlust beispielsweise von der Amplitude des AC-Anteils der Wellenform sowie ihrer Form ab. Außerdem hängt er von der Frequenz, dem DC-Bias-Strom und der Temperatur ab.

Den optimalen Induktor auszuwählen ist deshalb schwierig und kann schlimmstenfalls zu leitungsgebundenen und abgestrahlten Störungen führen, welche die operationellen oder sogar die gesetzlichen Grenzwerte überschreiten. Eventuell wird das erst festgestellt, wenn ein Endprodukt unabhängigen EMV-Prüfungen unterzogen wird. An diesem Punkt sind Änderungen sehr kostspielig.

Falls eine entsprechende Prüfumgebung einschließlich Antennen und EMV-Kammer verfügbar ist, können Muster-Induktoren mit denselben Nennwerten von unterschiedlichen Herstellern in der Schaltung ausprobiert werden, um die Ergebnisse in der Praxis zu testen.

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  3. Von Wandler-Herstellern verifizierte Lösungen sind bevorzugt

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