Platinenlayout von DC-DC-Wandlern
Spulenorientierung und EMV
Viele Induktivitäten für DC-DC-Wandler haben eine Markierung. Anders als bei einigen Kondensatoren sollte es aber eigentlich gleichgültig sein, wie herum Spulen angeschlossen werden. Das ist jedoch ein Trugschluss.
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Spulen ohne Anzeige der Polarisation
Die Orientierung kann einfach bestimmt werden, wenn der Spulenhersteller den Unterschied der internen Anschlüsse mit einer Markierung oder einem Punkt auf der Oberseite per Siebdruck kennzeichnet. Wird eine dieser Spulen für eine Entwicklung gewählt, ist es klug, diese Markierung auch im Siebdruck auf der Baugruppe, dem Bestückungsplan und auch noch im Schaltplan zu integrieren.
Leider besitzen einige Spulen weder Anzeigen für die Polarisierung noch für den kurzen Anschluss. Die Struktur der internen Wicklung kann entweder nahezu symmetrisch sein, oder es gibt einen signifikanten Unterschied. Dahinter steht jedoch keine böse Absicht – die Hersteller kennen häufig diesen sehr speziellen Unterschied in der Bestückungsrichtung ihrer Produkte nicht. Nichtsdestotrotz ist es sinnvoll, die Störspektren einer ausgewählten Spule in beiden Bestückungsrichtungen in einer zertifizierten EMV-Kammer zu messen.
Spulen haben jedoch noch andere Parameter beziehungsweise Eigenschaften. Die Metalllegierungsspulen WE-MAPI von Würth Elektronik eiSos beispielsweise haben nur Anschlüsse auf der Unterseite des Gehäuses. Jedes Bauteil hat einen Punkt auf der Oberseite, nahe dem WE-Logo, aber dieser Punkt ist im Datenblatt nicht als Anfang der Wicklung angegeben (Bild 9). Obwohl dies zunächst einige Verwirrung stiften kann, ist zu erwarten, dass die Komponente wegen einer ziemlich symmetrischen internen Wicklungsstruktur in beiden Bestückungsorientierungen gleich arbeitet. Der Punkt auf der Oberseite der Spule muss deshalb nicht im Bestückungsplan angegeben werden. Wenn sie in einer EMI-sensitiven Schaltung eingesetzt wird, ist es trotzdem sinnvoll, beide Orientierungen zu prüfen, um sicherzugehen.
In einem weiteren Beispiel wurde mit der WE-XHMI eine andere Spule von Würth Elektronik auf dem DC3008A getestet, deren Wicklungsanfang mit einem Punkt auf dem Gehäuse markiert ist, der auch im Datenblatt angegeben ist (Bild 10). Die 15-µH-Spule 74439346150 passt bezüglich Formfaktor und Strom perfekt zu den Anforderungen des LT8386. Wie schon bei den Spulen von Coilcraft wurden auch bei dieser Spule die Emissionen in beiden Orientierungen geprüft (Bild 11).
Die Ergebnisse sind ähnlich denen der Coilcraft-Spule (Bild 12). Die Ergebnisse zeigen, dass die Orientierung der Spule bei der Bestückung die Emissionen signifikant beeinflusst. In diesem Fall ist die Orientierung 1 in Bild 11 die eindeutig beste Richtung für geringste Emissionen. Niederfrequente abgestrahlte Störungen im AM-Band und leitungsgebundene Störungen im FM-Band sind bei Orientierung 1 wesentlich geringer.
Zusammenfassung
Wie herum eine Spule in Schaltreglern bestückt wird, macht einen Unterschied. Wenn man die Emissionen misst, sollte man sowohl auf die Spulenorientierung als auch auf die Wiederholbarkeit achten. Um jeglichen Unterschied bezüglich der gewählten Spule zu berücksichtigen, ist es ratsam, beide Orientierungen zu testen und der Baugruppenfertigung alle möglichen Fallstricke bei der Bestückung eindeutig mitzuteilen. Lässt sich die Orientierung nicht eindeutig bestimmen, können geringere Emissionen häufig einfach mit einer simplen Drehung der Spule um 180° erzielt werden.
Die Autoren
Keith Szolusha
ist Applications Director bei Analog Devices in Santa Clara, Kalifornien. Szolusha arbeitet seit 2000 in der BBI-Power Group mit dem Fokus auf Aufwärts-, Ab-/Aufwärts-Wandler und LED-Treiber und ist auch verantwortlich für die EMI-Testkammer für die Power-Produkte. Er erwarb 1997 einen BSEE- und 1998 einen MSEE-Abschluss vom MIT in Cambridge, Massachusetts, mit dem Schwerpunkt technische Dokumentation/Redaktion.
Gengyao Li
ist Applications Engineer in der Power Products Group von Analog Devices in Santa Clara, Kalifornien. Sie ist für die Entwicklung und die Evaluierung von DC-DC-Wandlern verantwortlich, einschließlich Abwärts-, Ab-/Aufwärts-Konverter und LED-Treiber. Li erhielt 2017 ihren MS-Titel in Electrical Engineering von der Ohio State University.
Frank Wang
erhielt seinen Master-Abschluss in Electrical Engineering von der University of Texas in Dallas und arbeitete in einem unabhängigen akkreditierten Testlabor, bevor er zu Analog Devices kam. Er hat vier Jahre Erfahrung als EMV/EMI-Testingenieur und Projektleiter. Wang besitzt Erfahrung mit Standardtests, Ausarbeitung von Testplänen, Debugging mit Ingenieuren, Kalibrieren von Messgeräten und Wartung von Testkammern.
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