EMC

Leitungsgebundene Emissionen LC-Filter

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

Loading calculator...

Formel

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

Wie es funktioniert

Der Conduated Emissions Filter Calculator entwickelt LC-Filter, die CISPR 32/22-konform sind — unverzichtbar für Stromversorgungen, Motorantriebe und alle Produkte, die an Wechselstromnetz oder Gleichstrombusse angeschlossen sind. Die Techniker von EMC verwenden ihn, um Schaltgeräusche zu unterdrücken, die 20—40 dB unter den gesetzlichen Grenzwerten liegen (66-56 dBuV von 150 kHz bis 30 MHz).

Gemäß Henry Otts 'EMC Engineering' und CISPR 32 werden leitungsgebundene Emissionen mit einem LISN (Line Impedance Stabilization Network) gemessen, das eine Impedanz von 50 Ohm von 150 kHz bis 30 MHz aufweist. Die Emissionen werden sowohl im Gleichtaktmodus (CM: L und N in Phase relativ zur Erde) als auch im Differenzmodus (DM: L entgegengesetzt zu N) angezeigt. Ein typisches SMPS erzeugt Emissionen von 70—90 dBuV; die Grenzwerte der Klasse B liegen bei 66 dBuV (150-500 kHz), 56 dBuV (0,5-5 MHz) und 60 dBuV (5-30 MHz).

Ein LC-Filter zweiter Ordnung bietet eine Dämpfung von A = 40 x log10 (f/f0) dB oberhalb des Grenzwerts f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (L x C)). Für 20 dB bei 150 kHz ist f0 = 150/10^0,5 = 47 kHz. Laut Ott sollte der Auslegungsspielraum 6-10 dB betragen, um der Messunsicherheit (+/-6 dB, typisch für eine Vorabeinhaltung) und Produktionsschwankungen Rechnung zu tragen.

X-Kondensatoren (über L-N) filtern Störungen im Differenzmodus; Y-Kondensatoren (L/N zur Erde) filtern Gleichtaktgeräusche heraus. Gemäß IEC 60950/62368 muss der gesamte Leckstrom des Y-Kondensators für Geräte der Klasse I <3,5 mA betragen. Dadurch wird die Y-Kapazität bei 50-Hz-Netzen auf ca. 4,7 nF begrenzt. Diese Leckagebeschränkung macht die Gleichtaktfilterung schwieriger als die Differenztaktfilterung.

Bearbeitetes Beispiel

Problem: Der Pre-Compliance-Scan zeigt SMPS mit einer DM-Emission von 82 dBuV bei 200 kHz. Designfilter für CISPR 32 Klasse B (Grenzwert 66 dBuV bei 200 kHz). Gehen Sie von 50-Ohm-LISN aus.

Lösung pro Ott:

Erforderliche Dämpfung: 82-66 = 16 dB plus 6-dB-Marge = 22 dB bei 200 kHz
Filter zweiter Ordnung: A = 40 x log10 (f/f0); 22 = 40 x log10 (200/f0)
Löse: f0 = 200/10^0,55 = 56 kHz
Komponentenwerte für eine 50-Ohm-Übereinstimmung: L = 50/ (2 x pi x 56000) = 142 uH; verwenden Sie 150 uH
C = 1/ (2 x pi x 56000 x 50) = 57 nF; verwenden Sie einen 68 nF X2-Kondensator
Überprüfen Sie: f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (150e-6 x 68e-9)) = 50 kHz; A bei 200 kHz = 40 x log10 (200/50) = 24 dB
Induktor: 150 uH, i_SAT > 3A (für 1A-Last mit 2-fachem Rand), DCR < 0,2 Ohm
Kondensator: 68 nF X2, sicherheitsgeprüft, 275 VAC für 230-V-Netze

BOM: DM-Induktor (Wurth 744771115, 150 uH/4A), X2-Kondensator (EPCOS B32922, 68 nF/275 VAC). Kosten: ungefähr 1,50$.

Praktische Tipps

✓Verwenden Sie handelsübliche EMI-Filtermodule — sie enthalten sicherheitszertifizierte X/Y-Kondensatoren und CMC und erfüllen die UL/IEC-Leckgrenzwerte. Sonderanfertigungen erfordern eine Sicherheitszertifizierung (6-12 Monate Verzögerung). Modulkosten: 5-20 $.
✓Platzieren Sie den Filter am Netzeingang vor allen internen Kabeln — Geräusche an den internen Kabeln können am Filter vorbeigeleitet werden. Laut Ott sollte der Filter nicht mehr als 20 mm vom IEC-Eingang oder Stromanschluss entfernt sein.
✓Messen Sie die Emissionen mit einem eingebauten Filter, um Resonanzen zu erkennen — der LC-Filter Q kann Spitzenwerte bei f0 erzeugen, wodurch sich die Emissionen bei bestimmten Frequenzen verschlechtern. Fügen Sie den Dämpfungswiderstand hinzu (R ungefähr sqrt (L/C)/3), wenn Q > 5 ist.

Häufige Fehler

✗Bei Verwendung von Elektrolytkondensatoren begrenzen ESR (0,1-1 Ohm) und ESL (5-20 nH) die HF-Leistung. Verwenden Sie laut Ott X2-Folienkondensatoren (ESR <10 mohm) für Netzfilter oder MLCC für DC-Anwendungen. Elektrolyte eignen sich nur für Massenspeicher unter 10 kHz.
✗Konzipiert für exakte CISPR-Grenzwerte ohne Marge — die Messunsicherheit beträgt +/-6 dB für die Vorabkonformität, +/-3 dB für akkreditierte Labore. Fügen Sie gemäß CISPR 16-4-2 einen Mindestabstand von 6 dB hinzu, um sicherzustellen, dass die Produktionseinheiten die Anforderungen erfüllen. Temperatur und Alterung sorgen für eine weitere Abweichung von 2-3 dB.
✗Die Trennung zwischen DM und CM wird ignoriert — leitungsgeführte Emissionen bestehen aus beiden Komponenten; ein LC-Filter adressiert nur DM. Gemäß Ott sollten CM und DM getrennt mit Stromsonden oder einem CM/DM-Separator gemessen werden. Selbst bei perfektem DM-Filter ist ein CMC für CM-Geräusche erforderlich.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen X- und Y-Kondensatoren in EMI-Filtern?

Gemäß IEC 60384-14: X-Kondensatoren verbinden L mit N (Differenzmodusfilterung), Nennleistung 275-400 VAC, ausfallsicher geöffnet. Die Klasse X2 wird am häufigsten für Konsumgüter verwendet. Y-Kondensatoren verbinden L oder N mit der Erde/dem Gehäuse (Gleichtaktfilterung). Sie sind auf insgesamt <4,7 nF begrenzt, um einen Leckstrom von <3,5 mA gemäß IEC 60950/62368 aufrechtzuerhalten. Klasse Y1 für doppelte Isolierung, Y2 für grundlegende Isolierung.

Welche Norm für leitungsgeführte Emissionen gilt für mein Produkt?

Hängt von der Produktkategorie und dem Markt ab. CISPR 32/EN 55032: IT-/Multimediageräte. CISPR 11/EN 55011: industriell/wissenschaftlich/medizinisch. CISPR 25: Automobilkomponenten. FCC Teil 15 Klasse B: Konsumgüter in den USA. Medizinprodukte: IEC 60601-1-2 (Referenzen CISPR 11). Alle verwenden ähnliche Grenzwerte (66-56 dBuV) und eine LISN-Messmethode.

Kann ich eine Gleichtaktdrossel als einzigen leitungsgebundenen Emissionsfilter verwenden?

Nein — CMC behandelt nur Gleichtaktgeräusche. Laut Ott erzeugt ein typisches SMPS sowohl CM- als auch DM-Rauschen; DM dominiert oft bei niedrigeren Frequenzen (150-500 kHz), CM bei höheren Frequenzen (1-30 MHz). Für den kompletten Filter sind CMC für CM und X-Kondensatoren für DM erforderlich. Y-Kondensatoren ergänzen die CM-Filterung bei hohen Frequenzen, bei denen die CMC-Induktivität umgangen wird.

Wie stelle ich fest, ob meine Emissionen CM oder DM sind?

Gemäß CISPR 16-1-2: (1) Verwenden Sie das CM/DM-Trennnetzwerk zwischen LISN und Spektrumanalysator; (2) Verwenden Sie Stromsonden — CM erscheint als Summe der L- und N-Ströme, DM als Differenz; (3) Wenn das Hinzufügen eines X-Kondensators die Emissionen reduziert, dominiert DM; wenn das Hinzufügen von CMC die Emissionen reduziert, dominiert CM. Die meisten Produkte verfügen über beides — testen Sie jedes Filterelement separat.

Welchen Induktorsättigungsstrom benötige ich?

Gemäß den Richtlinien von Würth/Coilcraft: i_SAT > 2x RMS-Laststrom für Dauerbetrieb. Für gepulste Lasten (Motorantriebe, SMPS-Start) gilt i_SAT > Spitzenstrom. Bei Sättigung sinkt die Induktivität um 50-80%, wodurch der Filter f0 nach oben verschoben wird und die Dämpfung um 10—20 dB reduziert wird. Bei i_SAT sinkt die Induktivität auf etwa 70% des Nennwerts — wählen Sie die 1,5-fache Spanne für die i_SAT-Bewertung.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

Copper Foil Tape

Copper foil tape for EMI shielding and grounding

Amazon →

Ferrite Bead Kit

SMD ferrite bead assortment for suppressing high-frequency noise