Wie sich Störungen durch Schaltnetzteile vermeiden lassen

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Gegentaktströme unterdrücken oder dämpfen

Um Gegentaktströme sowohl bei der niedrigen Schaltfrequenz als auch bei höheren Harmonischen zu dämpfen, bestehen Gegentakt-Eingangsfilter aus Elektrolyt- und Keramikkondensatoren. Gleichtaktströme lassen sich zudem durch eine Induktivität in Serie zur Hauptstromzufuhr unterdrücken. Das kann ein einstufiger LC-Gegentakt-Tiefpassfilter mit Bypass-Kondensator sein.

Umgekehrt werden leitungsgebundene Gleichtaktströme durch Bypass-Kondensatoren gedämpft, die sich zwischen jeder Versorgungsleitung des Schaltnetzteils und Masse befinden. Gleichtaktströmen lassen sich auch durch zwei gekoppelte Drosseln in Serie zu jedem Stromeingang erreichen. Die hohe Impedanz der gekoppelten Drosseln zwingt Gleichtaktströme durch die Bypass-Kondensatoren.

Abgestrahlte EMI (Störstrahlung) lässt sich durch eine geringere HF-Impedanz und kleinere Antennenschleifenfläche unterdrücken. Dafür wird der geschlossene Schleifenbereich minimiert, der durch die Versorgungs- und Rückführleitung gebildet wird. Die Induktivität einer Leiterbahn auf einer Leiterplatte lässt sich minimieren, indem die Bahn so breit wie möglich erstellt und parallel zu ihrer Rückführleitung geroutet wird. Da die Impedanz einer Leiterschleife proportional zu deren Fläche ist, verringert eine kleinere Fläche zwischen der Versorgungs- und Rückführleitung die Impedanz zusätzlich.

Bei Leiterplatten lässt sich diese Flächenreduzierung dadurch erzielen, dass die Versorgungs- und Rückführleitung übereinander in benachbarten Lagen (Layern) angebracht sind. Eine kleinere Schleifenfläche zwischen beiden Leitungen verringert zwar die HF-Impedanz, begrenzt aber die Wirksamkeit der Antenne, da die kleinere Schleifenfläche ein kleineres elektromagnetisches Feld erzeugt. Eine Masseebene an den Außenflächen der Leiterplatte unterdrückt abgestrahlte EMI zusätzlich, vor allem wenn sie direkt unter der störungserzeugenden Quelle angebracht ist.

Störstrahlung durch Metall abschirmen

Mit Metallabschirmungen lässt sich die Störstrahlung weiter verringern. Dabei wrid die störungserzeugende Quelle in einem mit Masse verbundenen Gehäuse untergebracht. Die Schnittstelle zur störungsfreien Außenumgebung erfolgt über Leitungsfilter. Gleichtakt-Bypass-Kondensatoren müssen über das leitfähige Gehäuse mit Masse verbunden. Die meisten Schaltnetzteile erfüllen als eigenständige Module die EMI-Standards. Trotzdem muss das System so gestaltet werden, dass minimale Störungen erzeugt werden, um diese Standards zu erfüllen. Spezielle Bereiche des Systemdesigns für die EMI-Unterdrückung sind Signalleitungen, Leiterplatten und Halbleiterkomponenten.

Quelle

[1] ANSI C63.4-2009, „Methods of Measurement of Radio-Noise Emissions from Low-Voltage Electrical and Electronic Equipment in the Range of 9 kHz to 40 GHz“

* Dr. Don Li hat in Leistungselektronik promoviert und ist bei CUI als Chief Technical Officer verantwortlich für die Energietechnik.

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