Power-Tipps von TI, Teil 38 Gleichtaktströme in nicht isolierten Netzteilen

Haben Sie Gleichtaktströme in einem nicht isolierten Netzteil als potenzielle Quelle für elektromagnetische Störungen (EMI) ausgeschlossen?

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In Hochspannungsnetzteilen, die z. B. in einer LED-Lampe vorkommen, ist dies unter Umständen nicht möglich. Bei näherer Betrachtung unterscheiden sie sich nicht wirklich von einem isolierten Netzteil. Es kommt zu Streukapazitäten von Schaltknotenpunkten zur Masse, die Gleichtaktströme verursachen.

Bild 1 stellt einen Schaltplan eines LED-Netzteils dar, in dem die parasitäre Kapazität gezeigt wird, die die Hauptursache für Gleichtaktströme in diesem Abwärtsregler darstellt. Es ist die Kapazität vom Schaltknotenpunkt zur Erde. Es überrascht, dass diese Kapazität so gering sein und trotzdem ein Problem darstellen kann.

Der Grenzwert für leitungsgeführte Störaussendung gemäß CISPR Klasse B (für den Wohnbereich) erlaubt ein Signal von 46 dBuV (200 uV) in eine Quellimpedanz von 50 Ohm bei 1 MHz. Dies bedeutet einen zulässigen Strom von nur 4 uA. Wenn der Wandler mit einem Rechtecksignal von 200 V Spitze-zu-Spitze den Drainanschluß von Q2 bei 100 kHz schaltet, liegt die Grundschwingung bei einer Spitzenspannung von 120 Volt.

Da die Oberschwingungen im Verhältnis zur Frequenz abnehmen, beträgt die Effektivspannung bei 1 MHz etwa 9 Vrms. Dies kann zur Berechnung einer zulässigen Kapazität zur Masse von etwa 0,1pF oder 100 fF (oder einem Widerstand von 2 Megaohm bei 1 MHz) verwendet werden. Dabei handelt es sich um eine plausible Kapazität von diesem Knotenpunkt. Es gibt außerdem Kapazitäten vom Rest des Schaltkreises zur Erde, die einen Rückpfad für Gleichtaktströme darstellt. Dies wird als C_Stray2 in Bild 1 dargestellt.

Bei einer LED-Lampe gibt es keine Chassisverbindung, es stehen nur der spannungsführende und der neutrale Anschluss zur Verfügung. Daher ist die Gleichtakt-EMV-Filterung problematisch. Dies liegt daran, dass es sich um einen hochohmigen Schaltkreis handelt. Er kann mit einer Spannungsquelle von 9 Vrms in Reihe mit einer kapazitiven Reaktanz von 2 Megaohm, wie in Bild 2 gezeigt, dargestellt werden.

Es gibt keine Möglichkeit, den Widerstand zu erhöhen, um den Strom zu reduzieren. Um die Störaussendungen bei 1 MHz zu reduzieren, müssen Sie die Spannung oder die Streukapazität reduzieren. Zwei Möglichkeiten zur Reduzierung der Spannung sind das Dithering und die Regelung der Anstiegszeit. Durch Dithering wird die Betriebsfrequenz eines Netzteils variiert, um das Spektrum auszuweiten.

Weitere Informationen zu dieser und anderen Stromlösungen finden Sie unter www.ti.com/power-ca.

* * Robert Kollmann ist Senior Applications Manager und Distinguished Member of Technical Staff bei Texas Instruments

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