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EMC

Gleichtaktdrossel-Impedanz

Berechnet Impedanz, Einfügedämpfung und Gütefaktor einer Gleichtaktdrossel für EMV-Filterdesign.

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Formel

Z = 2π × f × L, IL = 20·log₁₀((Z+50)/Z)

L— Inductance (H)
f— Frequency (Hz)

Wie es funktioniert

Eine Gleichtaktdrossel (CMC) ist ein Induktor mit zwei Wicklungen, der auf einem einzelnen Ringkern oder Trommelkern gewickelt ist, sodass sich Gegentaktströme magnetisch aufheben, während Gleichtaktströme die volle Induktivität aufweisen. Bei der Frequenz f beträgt die Gleichtaktimpedanz Z = 2 fL, wobei L die Induktivität ist (typischerweise 100 μH bis 10 mH für Netzfilter). Die Einfügedämpfung in einem 50-Ω-System beträgt IL = 20·log( Z/ (Z+50)). Der Q-Faktor Q = Z/DCR gibt an, wie verlustbehaftet die Drossel ist. Ein hohes Q bedeutet, dass die Drossel reaktiver ist, während ein niedriges Q (verlustbehaftetes Ferrit) für eine breitbandige Unterdrückung sorgt. CMCs sind der wichtigste Schutz vor leitungsgebundenem Gleichtaktgeräusch an Stromleitungen, Datenkabeln und USB-Schnittstellen und zielen auf CISPR 22/25-Grenzwerte über 150 kHz ab.

Bearbeitetes Beispiel

Problem: Eine Gleichtaktdrossel hat L = 1 mH, DCR = 0,5 Ω. Wie hoch sind Impedanz, Einfügedämpfung und Q bei 150 kHz? Lösung: 1. Induktivität umrechnen: L = 1 mH = 1×10³ H 2. Impedanz: Z = 2π × 150.000 × 1×10³ = 942 Ω 3. Einfügedämpfung (50-Ω-System): IL = 20·log( 942/ (942+50)) = 20·log( 0,950) = −0,45 dB 4. Q-Faktor: Q = 942/0,5 = 1884 Ergebnis: Die Drossel liefert 942 Ω bei der CISPR-Untergrenze von 150 kHz, was einer guten Breitbandunterdrückung entspricht. Das hohe Q weist auf eine verlustarme, hauptsächlich reaktive Komponente bei dieser Frequenz hin.

Praktische Tipps

  • ✓Wählen Sie einen CMC, dessen Nenngleichstrom den Spitzenlaststrom um mindestens 25% übersteigt, um eine Sättigung zu verhindern.
  • ✓Verwenden Sie für USB- oder Signalleitungen einen CMC mit einer Cut-Off-Differenzimpedanz unter 5 Ω, um eine Verzerrung der Signalwellenform zu vermeiden.
  • ✓Platzieren Sie den CMC so nah wie möglich am Kabelanschluss, um Gleichtaktströme abzufangen, bevor sie in die Grundplatte der Leiterplatte gelangen.

Häufige Fehler

  • ✗Ignorieren des DCR-Spannungsabfalls unter Laststrom — ein 1-Ω-DCR bei einer 5-A-Last verursacht einen 5-V-Abfall, der in 5-V-Systemen nicht akzeptabel ist.
  • ✗Extrapolieren Sie anhand der Impedanz von 100 MHz auf 150 kHz — die Ferritpermeabilität fällt bei hoher Frequenz steil ab; verwenden Sie die Impedanz-Frequenz-Kurve.
  • ✗Sättigung des Kerns mit DC-Laststrom — Überprüfen Sie den Nenngleichstrom und stellen Sie sicher, dass die Induktivität bei diesem Strom weiterhin spezifiziert bleibt.

Häufig gestellte Fragen

Eine Gleichtaktdrossel (CMC) hat zwei gekoppelte Wicklungen und zielt speziell auf Gleichtaktgeräusche ab, während sie Differenztaktsignale weiterleitet. Bei einer Ferritperle handelt es sich um einen einwindigen, verlustbehafteten Induktor, der sowohl allgemeine als auch differentielle Geräusche dämpft. CMCs werden für differentielle Signalpaare (USB, Ethernet, Stromleitungen) verwendet; Ferritperlen werden für einzelne Strom- oder Signalleitungen verwendet.
Bei hohen Frequenzen sinkt die Permeabilität des Ferritkerns und die Kapazität zwischen den Wicklungen erzeugt einen Bypass-Pfad. Die Impedanz erreicht ihren Höhepunkt bei einer Eigenresonanzfrequenz und fällt dann ab. Überprüfen Sie immer die vollständige Impedanz-Frequenz-Kurve aus dem Datenblatt.
Ja, aber der CMC muss eine sehr niedrige Gegentaktimpedanz (< 3 Ω bei 5-Gbit/s-Frequenzen) und eine ausreichende Gleichtaktimpedanz bei EMC-Problemfrequenzen aufweisen. Halten Sie Ausschau nach CMCs, die speziell für USB 3.0 geeignet sind, oder verwenden Sie eine Kombination aus einem CMC und einzelnen Ferritperlen.

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