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��Das Filter erf�llt drei Funktionen. Es arbeitet als Gleichtaktfilter f�r asymmetrische und als Gegentaktfilter f�r symmetrische St�rungen, au�erdem sch�tzt es die angeschlossene Schaltung vor �berspannungen und Transienten auf der Netzfilter mit �ber- spannungssicherung Erh�ht die Immunit�t empfindlicher Schaltungen Deshalb ist es durchaus sinnvoll, in Elek- tor Extra ein universell einsetzbares Netz- filter vorzustellen, dessen Parameter und Auswirkungen zumindest im Groben bekannt sind. Im Gleichtakt Einen guten theoretischen Einstieg in das Thema Netzentst�rung findet man im gleichnamigen Artikel in Elektor 6/97. Wir konzentrieren uns daher in diesem Artikel auf die symmetrischen und asymmetrischen St�rungen, deren Unterschiede anhand von Bild 1 erl�u- tert werden. Flie�t der St�rstrom von der St�rquelle �ber die beiden Leiter L und N zur St�r- senke und �ber den Schutzleiter PE und die Erde zur�ck, spricht man von einer asymmetrischen oder Gegentakt- st�rung (common mode). Im Gegen- satz dazu flie�t der Strom einer symme- trischen oder Gleichtaktst�rung (diffe- rential mode) �ber einen Leiter hin und �ber den anderen zur�ck, nicht aber Netzleitung. Eine Schaltung ohne R�cksicht auf EMV- �ber die Erde. In der Regel findet man In den letzten Jahren hat sich die elek- gerechtes Verhalten zu entwerfen und die meisten symmetrischen St�rungen tromagnetische Vertr�glichkeit (EMV) zu sie erst anschlie�end durch ein Metall- unter, asymmetrische dagegen �ber einem wesentlichen Kriterium beim Ent- geh�use und ein Netzfilter gef�gig zu 500 kHz. wurf elektronischer Schaltungen ent- machen, d�rfte sich in den meisten F�l- Das Netzfilter besteht aus insgesamt wickelt. Nicht mehr nur bei ausgespro- len als (teurer) Irrweg erweisen. Der Ein- neun sorgsam ausgesuchten Bauteilen. chenen HF-Entw�rfen, auch bei den bau eines Netzfilters kann immer nur Das auff�lligste ist eine stromkompen- meisten Computer-, Mikrocontroller- eine Notl�sung darstellen, wenn sich oder Audioschaltungen ist der Entwick- trotz aller anderen Ma�nahmen die Technische Daten ler verpflichtet, eine niedrige Emission St�ranf�lligkeit als zu hoch erweisen und eine hohe St�rfestigkeit zu errei- sollten. So werden Netzfilter gerade bei Spannung 230 V~ chen. Um dieses Ziel mit angemesse- Eigenentwicklungen, Prototypen und nem Aufwand anzustreben, sollten in Labormustern ben�tigt. Maximaler Strom 2 A allen Phasen der Entwicklung passive Bei kommerziellen Netzfiltern steht man Gleichtaktunterdr�ckung und aktive EMV-Ma�nahmen getroffen meist vor dem Problem, aus dem �ber- (-3 dB bei 18 kHz) 50 dB werden. Prinzipiell l��t sich sagen, da� reichlichen Angebot das richtige aus- Gegentaktunterdr�ckung diese um so teurer und aufwendiger zuw�hlen und es noch so einzusetzen, (-3 dB bei 35 kHz) 50 dB werden, je sp�ter man sie im Entwick- da� die Datenblattangaben des Her- lungsproze� trifft. stellers einigerma�en erf�llt werden. X-2 - 3/98 Elektor EXTRA PC-PLUS sierte Drossel L mit zwei identischen St�rquelle St�rsenke Wicklungen, die in der gleichen Rich- L tung auf einen Ringkern gewickelt sind. Die Wirkung der stromkompensierten Cy Cx Cx R Drossel auf symmetrische und asym- Cp Cp metrische St�rungen ist unterschiedlich. Cy N Ein Strom durch eine Wicklung erzeugt einen magnetischen Flu� im Kern. Bei einer asymmetrischen St�rung flie�en die Str�me durch die Wicklungen in die gleiche Richtung, so da� sich die bei- PE den Magnetfelder verst�rken. Eine asymmetrische St�rung erf�hrt deshalb Asymmetrischer St�rstrom 982032 - 15 die volle Induktivit�t der Drossel. Symmetrischer St�rstrom Die Drossel arbeitet mit zwei Kondensa- toren als Tiefpa�filter f�r Gleichtakt- st�rungen. Um das D�mpfungsverhalten Bild 1. Prinzipielle Funktion eines einfachen Netzfilters zwischen St�rquelle und -senke. f�r asymmetrische St�rungen zu quanti- Beachten Sie den unterschiedlichen Weg von symmetrischen und asymmetrischen fizieren, ist in Bild 2 beispielhaft ein ein- St�rstr�men. phasiges Filter mit seinen (f�r asymme- trische Str�me) wichtigsten parasit�ren Komponenten, n�mlich der Parallelka- erzielen, w�hlt man gerne einen Ring- weisen. Y-Kondensatoren sind so auf- pazit�t der Drossel und der Serienin- kern mit hoher relativer Permeabilit�t gebaut, da� sie unter allen Umst�nden duktivit�t des Kondensators eingezeich- mr und erreicht damit eine hohe Induk- (also auch bei ihrer Zerst�rung) keine net. Diese Komponenten verursachen tivit�t der stromkompensierten Drossel. Netzspannung auf den Schutzleiter eine dreigeteilte D�mpfungscharakteri- Nichtlineare Effekte aufgrund einer S�t- legen k�nnen. Die eingesetzten Y-Kon- stik wie in Bild 3 (gestrichpunktete Linie), tigung des Kerns sind aber nicht w�n- densatoren von Siemens sind nur bis wie sie auch die meisten kommerziellen schenswert, mit anderen Worten, die 33 nF erh�ltlich. So gleicht die Dimen- sionierung des Filters f�r Gleichtakt- C p st�rungen der Quadratur des Kreises, die aber dem Entwickler m�helos gelungen ist. Z g L Die parasit�ren Komponenten sind L, N nicht nur vom Aufbau der Bauteile und der Schaltung abh�ngig, sondern Lp auch von der kapazitiven Kopplung UCM des Filters mit seiner Umgebung und Z v Ug der induktiven zwischen Ein- und Aus- C y gang. Aus diesem Grund bringt man (mehrstufige) Filter, die eine sehr hohe D�mpfung erzielen sollen, in gut abge- schirmten Wei�blechgeh�usen unter. In PE N, L den Geh�usen findet man dann meh- St�rquelle Filter St�rsenke 982032 - 12 100 Bild 2. Ersatzschaltbild f�r Gleichtaktst�rungen. Es ist nur ein Zweig (L beziehungsweise N) D eingezeichnet. (dB) fDM 80 Filter aufweisen. Der niederfrequente St�rstromspitzen d�rfen ein bestimmtes Durchla�bereich wird dominiert vom Ma� nicht �berschreiten. Es sind aber DM LC-Tiefpa� (fres = 1/ 2�"LCY) mit einer gerade die unw�gbaren St�rspitzen, 60 CM Steilheit von 12 dB/Oktave, w�hrend die die das Filter unsch�dlich machen soll. parasit�ren Komponenten so gut wie Durch die hohe wirksame Induktivit�t 40 keine Rolle spielen. Zu den hohen Fre- der Spule k�nnen die Kondensatoren quenzen hin verh�lt es sich genau relativ klein bleiben. Das ist auch gut Cp L umgekehrt. Die parasit�ren Komponen- so, da sonst der Leckstrom nach Erde C 20 Ls ten bilden einen 12-dB-Hochpa� (fres = (PE) zu gro� werden und den FI-Schal- 1/2�"LpCp) und lassen sehr hochfre- ter im Sicherungskasten ausl�sen quente asymmetrische St�rungen k�nnte. Au�erdem sind geeignete Kon- 0 10 100 kHz 1 10 100 MHz nahezu ungehindert passieren. Die bei- densatoren nur mit relativ kleinen Wer- f fCM1 fCM2 den Spitzen maximaler D�mpfung, zwi- ten erh�ltlich und zul�ssig. Es d�rfen 982032 - 13 schen denen die D�mpfung relativ kon- n�mlich nur sogenannte EMI-Suppres- stant ist, werden von den Resonanzglie- sor-Kondensatoren der Klasse Y2 (MKP, Bild 3. D�mpfungscharakteristik f�r dern mit fCM1 = 1/2�"LCp und fCM2 = Polypropylen) nach EN132400 einge- Gleich- (gestrichpunktete Linie) und 1/2�"LpCY verursacht. setzt werden, die eine erh�hte mecha- Gegentaktst�rungen (durchgezogene Um eine m�glichst gute D�mpfung zu nische und elektrische Sicherheit auf- Linie). PC-PLUS Elektor EXTRA X-3 - 3/98 sierten Drossel von 2 A begrenzt. Die Z g L Streu beiden Widerst�nde R1 und R2 haben L die Aufgabe, C1 und C2 schnell zu ent- laden, wenn der Netzstecker gezogen wird. Verwenden Sie unbedingt UDM C C zwei Bauteile in Reihe, da nur ein X1 X2 Z v U g (470-k&!-) Widerstand in der Regel nicht f�r Netzspannung geeignet ist! Kommen wir nun zur letzten der drei Funktionen des Filters, der �berspan- L Streu nungssicherung. Wie in der D�mp- N fungscharakteristik zu sehen, werden sehr hochfrequente St�rungen vom Fil- Filtersektion 1 Filtersektion 2 St�rsenke 982032 - 14 Bild 4. Ersatzschaltbild f�r Gegentaktst�rungen. Quellimpedanz und Eingangskondensator bilden die erste Filterstufe. rere abgeschlossene Abteilungen f�r taktstr�me in den gleichen Frequenz- die einzelnen Filtersektionen. bereich schieben will wie die Gleichtaktd�mpfung. EMI-Suppression- Kondensatoren der X-Klasse nach EN Im Gegentakt 132400 (MKT, Polyester) sind in der ver- Die Impedanz des Netzes ist nur f�r wendeten Serie bis 2,2 �F erh�ltlich. An niedrige Frequenzen verschwindend X-Kondensatoren werden wesentlich gering. F�r Gegentaktst�rungen mit geringere Anforderungen gestellt als an hoher Frequenz kann die Quellimpe- Y-Typen, da sie auch bei einem Defekt danz Zg Werte �ber 100 &! erreichen keinen gro�en Schaden anrichten k�n- und so f�r das Netzfilter bedeutsam nen (beim Kurschlu� l�st einfach die ter so gut wie gar nicht beeintr�chtigt. werden. Dann bildet Zg n�mlich, wie es Sicherung aus). Bei diesen Gr��enver- Dazu z�hlen auch schnelle Transienten, in Bild 4 angedeutet ist, mit CX1 einen h�ltnissen spielen die parallel zu CX lie- St�rspitzen, die Amplituden bis zu meh- 6-dB-Tiefpa� mit einer relativ hohen genden kleinen CY nat�rlich keine reren Kilovolt aufweisen k�nnen und 0,1 Eckfrequenz f-3 dB = 1/(2�" ZgCX1). Bei Rolle. Die reaktive Stromaufnahme �s bis 1 ms dauern. Um solcher St�run- einer Gegentaktst�rung ist die Strom- (Blindstrom) ist durch den hohen Wert gen Herr zu werden, reicht es vollkom- richtung durch die Wicklungen der von CX nat�rlich ziemlich gro�, was men, einen sogenannten Varistor, einen stromkompensierten Drossel verschie- allerdings den FI-Schalter wenig beein- spannungsabh�ngigen Widerstand den, also auch die Felder unterschied- druckt. parallel zum Lichtnetz zu schalten. Ein lich ausgerichtet, so da� sie sich solches Bauteil besitzt bis zu seiner gegenseitig eliminieren. Eine symmetri- Nennspannung einen hohen Wider- Sicherheitsma�nahmen sche St�rung sieht deshalb nur die geringe Streuinduktivit�t Lstreu der Spu- Das hier vorgestellte Netzfilter, dessen len, die durch einen nicht genau glei- komplette Schaltung in Bild 5 darge- St�ckliste chen Koppelfaktor entsteht und etwa 1 stellt ist, besitzt einige Bauteile, die % der nominellen Induktivit�t betr�gt. zus�tzliche Sicherheit garantieren. Widerst�nde: Man w�hlt f�r CX2 einen Wert, der um Zun�chst w�re die Schmelzsicherung R1,R2 = 220 k den Faktor 100 gr��er ist als CY, wenn F1 zu nennen, die den Strom auf den R3 = Varistor 275 V (Siemens man die D�mpfungskurve f�r Gegen- zul�ssigen Nennwert der stromkompen- SIOV-S20k275) Kondensatoren: K1 K2 F1 C1,C2 = 470 n 250 V~ Klasse X2 SIOV-S20K275 (Siemens B81133-D1474M000) 2A T C3,C4 = 4n7 250 V~ Klasse Y2 P P (Siemens B81121-CB143) R1 R3 L1 C1 C2 C3 Spule: N N X2 X2 Y2 470n 470n 4n7 L1 = 2" 5,6 mH/2 A 250 V~ auf R2 B82723-A2202 Ringkern (Siemens B82723- -N1 275V 2x 5mH6/2A A2202-N1) Au�erdem: C4 F1 = Sicherung 2 A tr�ge mit Y2 4n7 Platinen-Sicherungshalter K1,K2 = 3polig 982032 - 11 Platinenanschlu�klemme RM7,5 Geh�use = Bopla SE432 DE Bild 5. Die vollst�ndige Schaltung des Netzfilters mit seinen neun Bauteilen. X-4 - 3/98 Elektor EXTRA PC-PLUS 220k 220k 982032-1 F1 2AT 982032-1 L1 C2 P K1 C1 C4 N R3 C3 K2 N P Bild 6. Das Platinenlayout garantiert einen sicheren Einbau in ein Steckergeh�use. stand, dar�ber einen sehr niedrigen. damit am Varistor) scheint eine Nenn- Unter Ber�cksichtigung der erlaubten spannung von 275 V angemessen. Spannungstoleranzen im Lichtnetz (und Damit der Varistor richtig arbeiten kann, ben�tigt er einen Rei- henwiderstand, an dem Signalleitungen sich die �berspannung abbilden kann. Hier kommt wiederum die zu gut hohen Frequenzen hin ansteigende Quellimpe- danz zum Einsatz. Im relevanten Frequenzbe- Schaltung reich �ber 10 MHz betr�gt Zg mehr als 150 &!, mehr als genug f�r Filter ein korrektes Arbeiten des Varistors. Bild 8. Nur diese Spezialbauteile d�rfen Aufbau und im Netzfilter verwendet werden! Anwendung F�r das Netzfilter haben dem angegebenen Geh�use auch wir eine Platine ent- nicht zu. Um ein �bersprechen zwi- wickelt, dessen Layout schen Ein- und Ausgang so gering wie (Bild 6) allen Sicher- m�glich zu halten und die angegebe- heitsvorschriften gen�gt. nen D�mpfungswerte zu erreichen, soll- Signal- Die Best�ckung der ten die Kabelverbindungen deutlich leitungen wenigen Bauteile ist kein voneinander getrennt sein. Problem, allerdings mu� Die D�mpfungswerte kommerzieller nochmals betont wer- Netzfilter sind in einem Kunststoffge- den: h�use nicht zu erreichen. Daher sollte Verwenden Sie aussch- man ein Wei�blechgeh�use in Erw�- Schaltung lie�lich die in der St�ck- gung ziehen, wenn das Filter fest in ein liste genannten Bauteile. Ger�t integriert werden soll. Die Ein- Nur sie erf�llen im bausituation ist dabei von erheblicher Gegensatz zu Standard- Bedeutung. Beachten Sie Bild 7, es Filter Typen sehr hohe Sicher- zeigt, was man alles falsch machen heitsanforderungen! kann und wie es richtig geht. Die Filterplatine wird so (982032)rg in ein Steckergeh�use eingebaut, da� Stecker und Dose nicht gegen�- ber liegen. Die Befesti- gungsbohrungen der schlecht Platinen lassen dies bei Bild 7. Gute und schlechte Plazierung des in ein Wei�blechgeh�use 983032 - 16 eingebauten Filters im Ger�tegeh�use. PC-PLUS Elektor EXTRA X-5 - 3/98 H3 H2 R2 R1 H1 H 982032-1

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