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3 Technik, Aufbau und Regelungstechnik
3.3 Filterung
Das aus Sicht der EMV wesentlich kritischere Störsignal tritt als asymmetrische Span-
nung (Gleichtaktspannung (engl.: common mode)) auf. Ursache hierfür ist die schnelle
Änderung des Schaltknotenpotentials bezogen auf das Erdpotential der Umgebung.
Zusammen mit parasitären Kapazitäten, wie z.B. zwischen dem Kühlkörper des Schalt-
transistors und dem Gerätegehäuse und weiter zur Erde, ist die Spannungsänderung
die Quelle eines Gleichtaktstromes, der ebenfalls an der Messimpedanz der Netznach-
bildung als Störspannung auftritt. Je schneller die Halbleiterbauteile im Schaltwandler
ihren Zustand (sperrend/leitend) ändern, umso höher ist das Störpotential.
Mit einem LC-Filter am Eingang des Wandlers lassen sich die unerwünschten Stör-
pegel des Eingangsstromes soweit reduzieren, dass die Grenzwerte internationaler
Normen eingehalten werden. Auch wenn bei einem Gerät mit Wechselspannungs-
eingang auf der AC-Seite des ersten Schaltnetzteils ein EMV-Filter vorgesehen bzw.
vorhanden ist, kann ein zusätzliches Filter am Eingang jedes nachgeschalteten DC/
DC-Schaltwandlers notwendig sein.
Ein Filter, bestehend aus einer Spule und einem Kondensator, erreicht theoretisch
eine Dämpfung im Sperrbereich von 40 dB/Dekade. Parasitäre Eigenschaften der
Filterbauteile reduzieren jedoch diesen Wert. Zur Dimensionierung des Filters wird eine
Eckfrequenz f
co
gewählt, welche weit unter der Taktfrequenz des Power Moduls liegt.
Ein gängiger Wert liegt bei einem Zehntel der Schaltfrequenz des Wandlers:
f
sw
10
f
co
=
(3.1)
Die Eckfrequenz eines LC-Tiefpassfilters entspricht der Resonanzfrequenz eines
Serienschwingkreises:
1
2π · L
f
· C
f
f
co
=
(3.2)
Ist ein Bauteil, z.B. die Filterspule, bezüglich ihrer elektrischen Parameter (Induktivität,
Nennstrom, Gleichstromwiderstand) ausgewählt, kann für das zweite Filterbauteil – in
diesem Fall der Kondensator – die benötigte Größe (hier: Kapazität) berechnet werden:
1
(2π · 0,1 · f
sw
)
2
· L
f
C
f
=
(3.3)
Der Filterkondensator kann gleichzeitig der Eingangskondensator des Schaltreglers
sein. Für ihn gilt, dass er für die Anforderung bezüglich des Wechselanteils des
Eingangsstromes ausgelegt ist, um eine unzulässige Erwärmung des Bauteils zu
vermeiden. Dabei spielt der ESR die Hauptrolle. Je höher dieser Wert ist, umso größer
Gleichtaktspannung
LC-Eingangsfilter