Anforderungen an EMV-Filter für medizinische Anwendungen

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

SCHURTER AG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Schaffner EMV AG

Wenn der Ableitstrom verdoppelt wird

Der schlechteste Fall für die Höhe des Ableitstroms ist, wenn die Zuleitung des Neutralleiters unterbrochen ist und der Wert der Kapazität der Y-Kondensatoren an der oberen Toleranzgrenze liegt. Somit wird der eigentlich nicht am Ableitstrom beteiligte Y-Kondensator zwischen Erde und Neutralleiter via dem in Reihe liegenden X-Kondensator zum Y-Kondensator zwischen Phase und Erde parallel geschaltet und der Ableitstrom etwa verdoppelt.

Kennzeichnend ist auch die durchgehend identische Bauform dieser Baureihen. Neben der klassischen Flansch-Montage sind alle auch für Snap-In-Montage lieferbar. EMV-Filter mit Snap-In-Montage werden in den Ausschnitt der Gehäusewand hineingedrückt und rasten durch die Metallzungen ohne zusätzlichen Schraubvorgang dauerhaft mit definiertem Anpressdruck ein. Das spart Montagezeit und erhöht die Gerätesicherheit.

Der Blechausschnitt ist bei allen Produkten der gleichen Montageart, nämlich Flansch- oder Snap-In-Montage, horizontal oder vertikal, identisch. Mit dem IEC-Stecker Typ C14 in der Ausführung mit oder ohne Schutzleiterdrossel ist ein weiter Bereich von Anforderungen im Wesentlichen mit zwei Gehäusegrößen abgedeckt. EMV-Filter für höhere Ströme bis zu 20 A mit Typ C20 oder Typ C16 (Hot-Inlet) sind ebenfalls standardmäßig lieferbar.

Die erhöhten Anforderungen

Das Bild 4 zeigt das typische Prinzip-Schaltbild der IEC-Stecker-Filter. Sowohl an den X-Kondensatoren, die zwischen den aktiven Leitern sitzen, als auch an den Y-Kondensatoren, die zwischen aktivem Leiter und der Erde sitzen, werden aufgrund ihrer direkten und ständigen Verbindung mit dem Versorgungsnetz erhöhte Anforderungen an Spannungsfestigkeit, Selbstheilung, Isolation oder Lebensdauer gestellt, die in der IEC/EN 60384-14 beschrieben sind.

Man unterscheidet prinzipiell zwei Arten von Störungen:

• Störpegel die zwischen den aktiven Leitern auftreten, werden als symmetrische Störung (DM = Differential Mode) bezeichnet.
• Störungen auf den aktiven Leitern, deren Strompfad über die Erde zurückführt, sind so genannte asymmetrische Störungen (CM = Common Mode).

Weiteres Kern-Element der EMV-Filter ist daher die stromkompensierte Drossel. Sie dämpft die vom Gerät auf die Netzleitung ausgehenden asymmetrischen Störungen. Außerdem bildet sie mir ihrer Streuinduktivität und dem netzseitigen X-Kondensator einen Tiefpass für die symmetrischen Störungen. Daneben unterdrückt sie Netzstörungen und verbessert die Geräteimmunität.

Gefährliche Berührspannungen vermeiden

Die B-Typen der IEC-Stecker-Filter sind aufgrund der erwähnten Anforderungen zu den Ableitströmen von MD-Geräten ohne Y-Kondensatoren ausgeführt. Um bei Geräten mit Netzanschluss, die über ein weiteres Verbindungskabel wie eine Schnittstelle oder einen Bus miteinander verbunden sind, Störschleifen über die Erdleitung gezielt zu unterdrücken, sind alle Filterfamilien auch mit einer Schutzleiterdrossel (E-Ausführung) lieferbar.

Der in den Schaltbildern dargestellte Widerstand R zwischen den aktiven Leitern sorgt für eine Entladung der Kondensatoren, damit bei einer Berührung der Pole des abgezogenen Netzsteckers keine gefährliche Berührspannung auftreten kann. Es empfiehlt sich deshalb immer die Option R (Bleed Resistor) zu wählen, wenn geräteintern dafür keine zusätzlichen Maßnahmen ergriffen wurden.

Einfügungsdämpfung mit 50 Ohm

Die Einfügungsdämpfung von EMV-Filtern wird gemäß CISPR 17 mit jeweils 50 Ω Eingangsimpedanz und Abschlussimpedanz gemessen und der Frequenzverlauf in allen Datenblättern dargestellt. Für eine erste Orientierung sind diese Diagramme sicher hilfreich. Die tatsächliche Dämpfung eines EMV-Filters hängt von den in der Applikation herrschenden Impedanzverhältnissen ab.

Diese sind nicht immer 50 Ω und meist auch komplexer Natur. In der Praxis kommen meist ein induktiver Anteil auf der Netzseite sowie ein kapazitiver Anteil auf der Lastseite hinzu. Deshalb muss die Wirksamkeit eines EMV-Filters im Gerät überprüft werden. Schaffner verfügt über ein weltweites Netz von Engineering-Organisationen und kann entsprechend Unterstützung bei der Entstörung von Geräten bieten. Neben dem Standardprogramm können auf Anfrage auch kundespezifische Lösungen umgesetzt werden. So sind auch Versionen mit verkleinerten Y-Kondensatoren mit Ableitströmen < 0,1 mA möglich.

Verbesserte Dämpfung

Wie die Messkurven zu den Einfügungsdämpfungen im Bild 5 zeigen, nimmt die Dämpfung für asymmetrische Störungen bei den B-Ausführungen durch das Fehlen der Y-Kondensatoren speziell im höheren Frequenzbereich ab. In der Regel erfolgt dies nach der Resonanzstelle, die von der Hauptinduktivität der eingesetzten stromkompensierten Drossel und der parallelen Wicklungskapazität bestimmt wird.

Die um ungefähr Faktor 5 höheren Induktivitätswerte der Baureihe FN9244 verschieben diese Resonanzstelle nach oben und verbessern somit bei der B-Ausführung über den gesamten Bereich die Einfügungsdämpfung.

*Harald Barth ist Produkt Marketing Manager bei Schaffner EMV in der Schweiz.

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