Wie man eine Drosselspule für den Gleichtaktbetrieb in der Leistungselektronik auswählt

Die großen Spulen in Stromversorgungseinheiten dienen nicht nur dazu, die Spannung/Stromstärke von den Leitungswerten hoch- oder herunterzuregeln. Das Gleiche kann man auch über Stromversorgungs-/Managementeinheiten sagen, die Strom aus Batterien oder anderen Gleichstromquellen beziehen. Die EMI-Filterung ist nur ein Aspekt, um sauberen Strom für nachgeschaltete Komponenten bereitzustellen und Signalintegritätsprobleme aufgrund von starkem geleiteten EMI zu verhindern.

Wenn Sie einen EMI-Filter in den Versorgungsleitungen Ihres Stromsystems platzieren müssen, können Sie eine Gleichtaktdrossel verwenden, um geleiteten EMI im Gleichtaktmodus in Ihr System zu unterdrücken. Gleichtaktdrosseln haben neben der Stromfiltration auch andere Verwendungszwecke, da sie auch durch abgestrahlten EMI induzierte Gleichtaktströme filtern können. Wir werden einige Richtlinien für die Arbeit mit Stromsystemen vorstellen, diese Richtlinien können immer angewendet werden, wenn Sie eine Gleichtaktdrossel für die EMI-Filterung auswählen müssen.

EMI-Filterung mit einer Gleichtaktdrossel

Beim Anschluss eines Stromsystems an Wechselstromleitungen kann Rauschen als geleiteter EMI in das System gelangen und das ordnungsgemäße Funktionieren der Leistungselektronik und der Komponenten, an die diese Systeme Strom liefern, stören. Gleichtaktdrosseln nutzen magnetische Induktion, um Gleichtaktstörungen auf den Eingangsstromleitungen in einem Stromregelungs-, Konditionierungs- oder Umwandlungssystem auszulöschen. Es gibt einige grundlegende Spezifikationen, die in Datenblättern überprüft werden sollten, wenn Sie nach einer Gleichtaktdrossel suchen:

• Gleichstromwiderstand. Die Spulen werden aufgrund der Dicke und Länge des Drahtes einen gewissen Gleichstromwiderstand aufweisen. Für Anwendungen in der Leistungselektronik sollte dieser so niedrig wie möglich sein, um Leistungsverluste und übermäßige Wärmeabgabe in den Spulen zu verhindern. 

• Spannungs- und Strombewertungen. Diese elektrischen Bewertungen sollten in Ihrer speziellen Anwendung nicht überschritten werden. Beachten Sie, dass die Strombewertung tendenziell mit dem Gleichstromwiderstand skaliert, da dickere Spulen einen höheren Strom ohne Überhitzung bewältigen können. 

• Gleichtaktdämpfung. Dies gibt an, wie der Gleichtaktmodus bei verschiedenen Frequenzen gedämpft wird. Beachten Sie, dass eine ideale Gleichtaktdrossel ein lineares Dämpfungsspektrum aufweisen wird; dies ist bei realen Drosseln nicht der Fall. Die parasitäre Wicklungskapazität der Drossel wird einen Resonanzpeak im Dämpfungsspektrum erzeugen. 

• Wicklungskapazität. Einige Gleichtaktdrosseln geben diesen Wert an, aber Sie werden ihn nicht immer in Datenblättern finden. Eine kleinere Wicklungskapazität ist für Hochgeschwindigkeitsdesigns wünschenswert, da Sie verhindern möchten, dass benachbarte Rückstromrauschen den Ausgang der Drossel mit Gleichtaktmodus koppelt. 

• ESD-Bewertungen. Wenn diese Drosseln in Hochspannungssystemen verwendet werden, dann werden ESD-Bewertungen für die Sicherheit wichtig. Es hilft auch, die Einhaltung von Standards zu überprüfen (UL- und IEC-Standards sind üblich für Hochspannungs-/Telekommunikations-/Industrieprodukte).

Gleichtaktdrosseln für Hochleistungssysteme

Drosseln für Hochspannungs-/Hochstromsysteme werden normalerweise genauso verpackt wie große Induktoren und funktionieren genau wie Tiefpassfilter. Die oben genannten Punkte gelten auch für differentielle Drosseln und für in ICs integrierte Drosseln. Diese Drosseln kommen oft in Arrays vor und sind für Anwendungen mit hoher Bandbreite wie Hochgeschwindigkeitskameras (z.B. HDMI oder MIPI), LVDS oder ähnliche Anwendungen konzipiert, die eine Filtration am Bandrand erfordern.

Für Hochleistungssysteme finden Sie diese Arten von Verpackungen nicht; Common-Mode-Drosseln für Hochleistungsanwendungen werden aus großen Ferriten oder ferromagnetischen Materialien mit großen Kupferspulen hergestellt. Hier sind einige Beispieloptionen für Common-Mode-Drosseln, die Sie auf dem Markt finden werden:

Schaffner, RB6122-50-0M3

Die Common-Mode-Drossel RB6122-50-0M3 von Schaffner ist ideal für Hochspannungs-AC-Stromsysteme (bewertet bis zu 600 V AC) oder Hochspannungs-DC-Systeme (bewertet bis zu 1000 V DC), wie Photovoltaikanlagen oder Batteriebänke. Das offene Spulendesign ermöglicht Konvektionskühlung entlang der Spulen und sorgt für relativ niedrige Wicklungskapazität. Diese Spulen sind bewertet für bis zu 50 A bei 60 °C bei einer Betriebsfrequenz von bis zu 400 Hz. Das offene Design und die niedrige Wicklungskapazität setzen die Dämpfungsresonanz für diese Spulen bei ~500 kHz an. Einige typische Resonanzkurven für RB6XXX- und RB5XXX-Serienkomponenten sind unten gezeigt.

Dämpfungsresonanzkurven für andere Common-Mode-Drosseln von Schaffner. Aus dem Datenblatt RB6122-50-0M3.

Bourns, 7105

Diese 4,25 mH Common-Mode-Drosselspule von Bourns ist bewertet für bis zu 1 A DC-Strom mit 3750 RMS AC dielektrischer Festigkeit. Dieses Bauteil eignet sich hervorragend für die Eingangsfiltration bei Hochspannungs-Stromwandlern. Andere Drosseln in der 71XX-Serie von Bourns bieten bis zu 50 mH Induktivität (7121, 2 A max. Strom) oder bis zu 10 A max. Strom (7124, 3 mH Induktivität). Diese Durchsteck-Common-Mode-Drosseln haben ein niedriges Profil mit bis zu 1 Zoll mal 1 Zoll Querschnitt, wenn sie auf einer Leiterplatte montiert sind.

Schurter, DLFL-0147-25D2

Die Common-Mode-Drossel DLFL-0147-25D2 von Schurter ist eine eisenpulverbeschichtete toroidale Common-Mode-Drossel mit einer Nennspannung von bis zu 440 V AC bei 50 Hz. Die maximale Strombewertung (45 A bei 25 °C) hat eine empfindliche Derating-Kurve, wie unten gezeigt, und sollte nicht bei übermäßig hohen Temperaturen verwendet werden. Trotz der empfindlichen Derating-Kurve bietet sie eine effektive Isolationsspannung von 2 kV und entspricht der IEC 60068-1 Klimakategorie 25/100/21. Dieses Bauteil funktioniert am besten, wenn es möglichst nah an der Quelle jeglicher geleiteter EMI in einen Schaltkreis montiert wird, obwohl es auch für die Leitungsfiltration bei mäßigem Strom verwendet werden kann.

Derating-Kurve für die DLFL-0147-25D2 Common-Mode-Drossel von Schurter. Aus dem DLFL-0147-25D2 Datenblatt.

Weitere Komponenten für die Energieverwaltung

Auch nachdem Sie Common-Mode-Drosseln und andere Filter für Ihr System ausgewählt haben, benötigen Sie wahrscheinlich eine Reihe von Komponenten zur Verwaltung der Energieverteilung in Ihrem Netzteil. Hier sind einige andere gängige Komponenten, die für Systeme mit hoher Spannung/Stromstärke benötigt werden:

• TVS-Dioden oder andere Überspannungsschutzkomponenten

• Induktoren für den Einsatz in PFC-Schaltungen und Reglerstufen

• Strommessverstärker und -regler

Es gibt viele Komponenten, die Sie zum Bau eines Tiefpassfilters für Stromversorgungen und Energiemanagementsysteme verwenden können, und Common-Mode-Drosselspulen sind eine Option für die EMI-Filterung. Wenn Sie diese oder andere Komponenten für Ihr nächstes System benötigen, nutzen Sie die erweiterten Such- und Filterfunktionen von Octopart, wenn Sie eine komplette Lösung für die Beschaffung von Elektronik benötigen. Werfen Sie einen Blick auf unsere Seite mit integrierten Schaltkreisen für die Energieverwaltung, um einige andere Komponenten zu finden, die Sie für die Leistungselektronik benötigen.

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