Wie sich Störungen durch Schaltnetzteile vermeiden lassen

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Wie sich eine leitungsgebundene EMI verringern lässt

Gleichtaktströme fließen in die gleiche Richtung über die Stromleitungen in das oder aus dem Schaltnetzteil heraus und kehren über Masse zu ihrer Quelle zurück. In vielen Fällen wird Gleichtaktrauschen durch parasitäre Kapazitäten im Schaltkreis weitergeleitet, kann aber auch durch die Kapazität zwischen Gehäuse und Masse übertragen werden. Eine abgestrahlte Kopplung entsteht, wenn die Quelle und der Empfänger, bei dem die Störung auftritt, als Funkantennen fungieren. Die Quelle strahlt eine elektromagnetische Welle ab, die sich durch die Luft bzw. den offenen Raum zwischen Quelle und Empfänger ausbreitet und von letzterem empfangen wird.

Eine induktive Kopplung, sei sie elektrisch oder magnetisch, geschieht selten aufgrund leitungsgebundener oder abgestrahlter Kopplung und tritt bei kurzen Abständen zwischen Quelle und Empfänger auf. Elektrische Induktion tritt auf, wenn ein veränderliches elektrisches Feld zwischen zwei benachbarten Leitern besteht und eine Spannungsänderung über der Lücke erzeugt.

Magnetische Induktion tritt hingegen auf, wenn ein veränderliches Magnetfeld zwischen zwei parallelen Leitern besteht, wobei eine Spannungsänderung entlang des empfangenden Leiters auftritt. Die Charakterisierung von EMI-Problemen setzt voraus, dass der Entwickler Kenntnisse über Störquelle und Störsignal, des Kopplungspfades zum Empfänger und der Auslegung des Empfängers hat. Und das sowohl elektrisch als auch bezüglich seiner möglichen Funktionsstörungen.

Das Risiko von Störungen ist von Grund auf statistisch ausgelegt, sodass der Großteil der Charakterisierung und Standardfindung auf der Verringerung der EMI-Wahrscheinlichkeit beruht. Diese soll auf ein akzeptables Niveau gesenkt werden, anstatt eine völlige Auslöschung zu erzielen, die meist sowieso nicht möglich nicht.

Gegentaktrauschen und Gleichtaktrauschen getrennt betrachten

Gegentaktrauschen und Gleichtaktrauschen müssen getrennt behandelt werden. Das Gegentaktrauschen lässt sich durch Ableit-/Bypass-Kondensatoren zwischen den Versorgungs- und Rückführleitungen eines Schaltnetzteils unterdrücken. Die Versorgungsleitungen erfordern eine Filterung und befinden sich am Eingang oder Ausgang des Schaltnetzteils. Dabei müssen die Bypass-Kondensatoren auf diesen Leitungen in der Nähe der Anschlüsse der störungserzeugenden Quelle angebracht werden.

Die Dämpfung von Gegentaktströmen bei niedrigen Frequenzen im Bereich der Schaltfrequenz der störungsverursachenden Quelle kann einen Bypass-Kondensator mit wesentlich größerer Kapazität erfordern. Ein Keramikkondensator wäre dann nicht mehr ausreichend. Keramikkondensatoren bis 22 μF eignen sich nur zur Filterung bei niedrigen Ausgangsspannungen von Schaltnetzteilen, aber nicht für Netzteile, in denen 100V-Spannungsspitzen entstehen können. Dafür sind Elektrolytkondensatoren vorgesehen, die eine hohe Kapazität und Nennspannung bieten.

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