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Leitungsgebundene Emissionen LC-Filter

Entwirft einen LC-Filter für CISPR 22/FCC leitungsgebundene Emissionsgrenzwerte durch Berechnung der erforderlichen L- und C-Werte.

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Formel

f₀ = f / 10^(A/40), L = Z√(1/(2πf₀)²/Z)

Wie es funktioniert

Leitungsgebundene Emissionen sind hochfrequente Störströme, die durch das Netzkabel zurückfließen und möglicherweise andere Geräte an derselben Stromversorgung stören. CISPR 22 Klasse B begrenzt leitungsgebundene Emissionen zwischen 150 kHz und 30 MHz mithilfe einer LISN-Messung (Line Impedance Stabilization Network). Der Grenzwert liegt in der Regel bei 66 dBμV bei 150 kHz, fällt bei 500 kHz auf 56 dBμV und dann unverändert bei 60 dBμV bis 30 MHz. Ein LC-Tiefpassfilter am Netzeingang sorgt für die erforderliche Dämpfung. Bei einem Filter zweiter Ordnung beträgt die Dämpfung A = 40·log( f/f) dB, die erforderliche Eckfrequenz ist also f= f/10^ (A/40). Die erforderlichen Komponentenwerte sind C = √ (1/ ((2fφ) ² × Z_L)) und L = Z_L × C, wobei Z_L die Impedanzreferenz ist (50 Ω für LISN-Messungen).

Bearbeitetes Beispiel

Problem: Ein SMPS zeigt eine leitungsgeführte Emission von 80 dBμV bei 150 kHz. Der CISPR 22-Grenzwert der Klasse B liegt bei 66 dBμV. Entwerfen Sie einen LC-Filter für eine Dämpfung von 14 dB bei 150 kHz mit einer 50-Ω-Referenz. Lösung: 1. Erforderliche Dämpfung: A = 80 − 66 = 14 dB 2. Rand hinzufügen: Verwenden Sie eine Gesamtdämpfung von 20 dB 3. Erforderliches fob: fob = 150.000/10^ (20/40) = 150.000/10^0,5 = 150.000/3,162 = 47,4 kHz 4. LC-Produkt: LC = 1/ (2π × 47.400) ² = 1/ (8,86×10¹) = 1,13×10^¹ 5. C = √ (1,13×10^^¹ /50) = √ (2,26×10^¹ ³) = 475 nF ≈ 470 nF 6. L = 50 × 475×10= 23,75 μH ≈ 22 μH (Standardwert) Ergebnis: Verwenden Sie einen 22-μH-Induktor und einen 470-nF-Kondensator für den leitungsgebundenen Emissionsfilter. Überprüfen Sie den Nennstrom des Induktors und die Nennspannung des Kondensators.

Praktische Tipps

  • ✓Verwenden Sie ein handelsübliches EMI-Filtermodul — sie integrieren Gleichtaktdrossel, X2-Kondensatoren und Y1/Y2-Kondensatoren in einem getesteten, sicherheitszertifizierten Gehäuse.
  • ✓Platzieren Sie den Netz-EMI-Filter vor allen anderen Schaltkreisen an der Eintrittsstelle in das Produkt (Netzanschluss), um zu verhindern, dass Geräusche in die interne Verkabelung des Produkts gelangen.
  • ✓Messen Sie leitungsgeführte Emissionen mit und ohne Filter bei mehreren Frequenzen — einige Filter erzeugen Resonanzen, die die Emissionen bei bestimmten Frequenzen verschlechtern.

Häufige Fehler

  • ✗Verwendung von Elektrolytkondensatoren für leitungsgeführte Emissionsfilter — sie haben eine unzureichende Hochfrequenzleistung über 100 kHz; verwenden Sie X2-Folienkondensatoren (netzübergreifend), die für Wechselstromnetze ausgelegt sind.
  • ✗Exakte Dimensionierung des Filters für den CISPR-Grenzwert — fügen Sie immer einen Spielraum von 6—10 dB hinzu, um Produktionsschwankungen, Temperatur und Messunsicherheit zu berücksichtigen.
  • ✗Die Differenzmoduskomponente wird ignoriert — leitungsgeführte Emissionen haben sowohl Gleichtakt- als auch Differenztaktkomponenten; der LC-Filter zielt auf den Differenzmodus ab, während eine Gleichtaktdrossel auf den Gleichtaktmodus abzielt.

Häufig gestellte Fragen

X-Kondensatoren sind über das Stromnetz verteilt (von Leitung zu Leitung) und unterdrücken Störungen im Differenzmodus. Sie sind für hohe Wechselspannungen ausgelegt und müssen ausfallsicher sein (sie können keinen Kurzschluss verursachen, der eine Stromschlaggefahr darstellt). Y-Kondensatoren werden von der Leitung oder dem Neutralleiter mit der Erde/dem Gehäuse verbunden; sie unterdrücken Gleichtaktgeräusche und müssen aus Sicherheitsgründen eine geringe Leckage aufweisen.
Die geltende Norm hängt von der Produktkategorie und dem Markt ab. Gemeinsame Normen: CISPR 22/EN 55022 (jetzt CISPR 32/EN 55032) für IT-Geräte, CISPR 11/EN 55011 für industrielle/wissenschaftliche Geräte, CISPR 25 für Fahrzeugkomponenten und FCC Part 15 Klasse B für Konsumgüter in den USA.
Eine Gleichtaktdrossel allein unterdrückt nur Gleichtaktgeräusche. Für eine vollständige Konformität benötigen Sie in der Regel sowohl eine Gleichtaktdrossel als auch X/Y-Kondensatoren, um sowohl Gleichtakt- als auch Gegentaktstörungen zu bekämpfen. Ein vollständiges EMI-Filtermodul adressiert beide.

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