Power-Tipps von TI, Teil 4 Praktische Verfahren zum Kontrollieren der Eingangsimpedanz

Im Power-Tipp Nr. 3 haben wir gesehen, wie die Quellimpedanz eines Eingangsfilters resistiv werden und mit der negativen Eingangsimpedanz eines Schaltreglers in Wechselwirkung treten kann. Im ungünstigsten Fall können diese Impedanzen vom Betrag her gleich sein, dabei aber entgegengesetzte Vorzeichen haben, so dass ein Oszillator entsteht.

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Als allgemeines Kriterium gilt, dass die Quellimpedanz eines Eingangsfilters sicherheitshalber mindestens 6 dB unter der Eingangsimpedanz eines Schaltreglers liegen sollte, um die Wahrscheinlichkeit einer Oszillation möglichst gering zu halten.

Der Entwurf eines Eingangsfilters beginnt üblicherweise mit der Auswahl eines Eingangskondensators (Co in Bild 1) anhand der Vorgaben für die maximale Restwelligkeit oder die Netzausfall-Überbrückungszeit. Im nächsten Schritt wählt man dann eine Induktivität (Lo) anhand der Vorgaben für das EMV-Verhalten des Systems.

Wie wir im letzten Power-Tipp gesehen haben, kann nahe der Resonanzfrequenz die Quellimpedanz dieser beiden Bauelemente recht hoch sein, was das System instabil macht.

Bild 1 veranschaulicht ein Verfahren zum Kontrollieren dieser Impedanz, bei dem eine Serienschaltung aus dem Widerstand (Rd) und dem Kondensator (Cd) parallel zum Eingangsfilter geschaltet ist.

Das Filter könnte gedämpft werden, indem zu Co einfach ein Widerstand parallel geschaltet wird. In den meisten Fällen dürfte der damit verbundene Energieverlust allerdings inakzeptabel sein. Ein alternatives Verfahren besteht darin, eine Serienschaltung aus einer Induktivität und einem Widerstand parallel zur Filterinduktivität zu schalten.

Es gibt eine optimale Wahl für den Dämpfungswiderstand

Interessanterweise gibt es eine optimale Wahl für den Dämpfungswiderstand, wenn die vier übrigen Bauelemente der Schaltung erst einmal dimensioniert sind. Bild 2 zeigt den Frequenzgang der Ausgangsimpedanz, der sich für diesen Filtertyp beim Ändern des Dämpfungswiderstands ergibt. Die rote Kurve zeigt das Filterverhalten, wenn der Dämpfungswiderstand zu groß gewählt wird.

Ein Extremfall wäre es, wenn überhaupt kein Dämpfungswiderstand vorgesehen würde. Das Kurvenmaximum würde sehr hoch liegen und wäre nur durch Co und Lo festgelegt. Die blaue Kurve zeigt das Filterverhalten, wenn der Dämpfungswiderstand zu klein gewählt wird.

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