Guten Morgen, folgende Frage bzw. zur Ausgangsituation: Dieses Filter sitzt im Spannungsversorgungszweig einer Schaltung, die einen Treiber für high-Power LEDs enhält. (falls wieder Fragen kommen: LM3409HV; hat aber eigentlich mit der Frage nix zu tun) Ich selbst habe die Schaltung nicht entwickelt, möchte aber diesen Teil jetzt hier verstehen. (...der Entwickler ist nicht mehr greifbar...) Falls die Werte im Bild schlecht zu lesen sind: Vin ist ca. 55V Kondensator Eingansseite: 100nF Kondensatoren Ausgangsseite: 100nF, 4.7µF, 47µF stromkompensierte Drossel: WE-SL5 250µH Es handelt sich ja hier nicht um ein reines pi-Glied (wäre dann ein Tiefpass??), da in der Rückführung des 4-Pols auch eine Spule enthalten ist, richtig? Wozu wird die stromkompensierte Drossel verwendt? Wird dieser Aufbau verwendet, um den HF-Rückfluss ins Stromnetz zu verringern? Das ist meine Vermutung... Wie kann ich den Frequenzberecih berechnen in dem die Schaltung wirkt? Ich möchte (erstmal) keine fertige Lösung geliefert bekommen, sondern nur Hinweise, wie ich zu dieser Lösung kommen kann. "Verstehen" möchte ich es, nicht einfach nur berechnen! Wäre super, wenn mir jemand helfen könnte... Vielen Dank
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Argh: CGNDA und GNDIN sind auf der Platine über 0Ohm verbunden...fehlt nat. im Bild
Ist die frage wirklich so lächerlich? Hat jemand nen Denkanstoß? Wäre echt supi! anja
Moin, lächerlich ist die Frage bestimmt nicht, aber in der Praxis wird so ein Filter wohl nur in den seltensten Fällen komplett berechnet. Die Filterwirkung hängt stark von den HF-Eigenschaften der Bauteile ab, daher ist aufbauen und messen vermutlich die bessere Wahl. > Wozu wird die stromkompensierte Drossel verwendt? EMV Schutzmaßnahme, wie Du schon richtig vermutest. > CGNDA und GNDIN sind auf der Platine über 0Ohm verbunden Dann ist die Schaltung eh Pfusch. Die Drossel kann dann gar nicht so funktionieren wie gedacht und geht in die Sättigung. Aber wenn die komplette Schaltung wenig genug HF abstrahlt, ist ja trotzdem alles gut. :-) Ansonsten: die ersten zwei Google-Treffer zur stromkompensierten Drossel liefern bestimmt genug Lesestoff für die nächsten Stunden: http://de.wikipedia.org/wiki/Drossel_%28Elektrotechnik%29 http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2007/1625/pdf/weber_stefan.pdf
Chris schrieb: > Dann ist die Schaltung eh Pfusch. Die Drossel kann dann gar nicht so > funktionieren wie gedacht und geht in die Sättigung. Aber wenn die > komplette Schaltung wenig genug HF abstrahlt, ist ja trotzdem alles gut. > :-) DAs ist genau das Problem aktuell. Der Schalregler (LM3409) läuft mit einer Schaltfrequenz von (berechnet) 620kHz (gemessen 1Mhz, aber das ist eine andere Baustelle), und im EMV Labor wurde festgestellt, die Schaltung strahlt schön bei ca. 650kHz vor sich hin (über dem Grenzwert). Ist vielleicht eine blöde Frage, aber: Warum kann die Drossel nicht funktionieren, wenn ich eine explizite Verbindung von Pin 3 und Pin4 der Drossel habe. Ich habe mich geirrt, die Verbindung ist in den Innenlagen über einen schmalen Steg realisiert. Durch die Wicklung sind doch Pin3 und Pin4 eh miteinander verbunden... Danke
Ich bin etwas überrascht, dass sich niemand so recht an Deine Fragen herantraut. Ich selbst bin jetzt zwar nicht der große EMV-Experte, aber ich versuche es mal... > Warum kann die Drossel nicht funktionieren, wenn ich eine > explizite Verbindung von Pin 3 und Pin4 der Drossel habe. Das Funktionsprinzip der stromkompensierten Drossel ist ja, dass der (große) Nutzstrom durch beide Wicklungen fließt, und die so erzeugten Felder sich gegenseitig auslöschen. Für Gleichtaktstörungen stellt die Drossel somit trotz den hohen Strömen eine verhältnismäßig hohe Induktivität dar. Verbindet man Pin 3 und 4 zusätzlich über eine Leiterbahn, teilt sich der Strom auf, die Felder können sich nicht mehr aufheben, der Kern geht in Sättigung, und die wirksame Induktivität ist viel geringer. Eine Wirkung hat die Drossel zwar trotzdem, aber ggf. nicht die, die man eigentlich haben wollte. > Der Schalregler läuft mit einer Schaltfrequenz von 620kHz > [...] Schaltung strahlt schön bei ca. 650kHz Hast Du mal geschaut, welcher Teil der Schaltung strahlt? Das Filter ist ja nur dafür da, dass die Schaltung nicht die Zuleitungen als Antenne benutzt. Und: da die Störung etwa mit der Frequenz des Reglers auftritt, kann es sich auch gut um eine Gegentakt-Störung handeln - da bringt dann nur die (relativ kleine) Streuinduktivität der stromkompensierten Drossel in Verbindung mit den Kondensatoren was. Ggf. sind C7 und C8 zu klein dimensioniert? Gruß und viel Glück. :-)
Die Gleichtaktdrossel kann man sich in erster Näherung als idealen Transformator vorstellen. Wenn die Sekundärseite (also untere Wicklung) kurzgeschlossen wird erscheint der Kurzschluss auch auf der Primärseite (oben). Beide Wicklungen verhalten sich nur noch wie zwei Drahtstücke. Lediglich die Streuinduktivitäten haben noch einen kleinen Einfluss. Die Kondensatoren haben im Zusammenhang mit der Drossel auch keine definierte Wirkung, nur mit den Streuinduktivitäten.
Hallo, die Antworten waren schonmal gut. Ich habe natürlich wieder mal selbst einen Fehler gemacht! Die beiden Massen sind doch nicht zusammengeführt! Da hat irgenwdwer im Layoutprogramm die Farben so blöd eingestellt, dass ich das übersehen habe (gleiche farben für übereinanderliegende Layer...). Die Funktion der skD sollte also gegeben sein. Chris schrieb: > Ggf. sind C7 und C8 zu klein dimensioniert? Was mich auf die Frage nach der Dimensionierung vom Anfang zurückbringt...Wie dimensioniere ich die denn "richtig? Also, wie muss ich vorgehen? Vielen Dank anja
Was für Störungen wurden denn gemessen? Leitungsgebundene oder wirklich abgestrahlte Störungen? Die Frequenz von 600kHz..1MHz lässt eher auf leitungsgebundene Störungen schließen. Wie großflächig sind die Massen (kapazitive Kopplung)? Die Kondensatoren der Schaltung verringern Gegentaktstörungen und sind für Gleichtaktstörungen praktisch unsichtbar. Die Wirkungen hängen nur ab von den Gegentaktimpedanzen der Ein/Ausgangsschaltung. Die Drossel dagegen verringert vor allem Gleichtaktstörungen, wobei die Wirkung nur von den Gleichtaktimpedanzen der Ein/Ausgangsschaltung abhängt. Sie ist für Gegentaktstörungen nahezu unsichtbar. Um bei den genannten Frequenzen eine nennenswerte Wirkung zu erzielen hilft meiner Meinung nach nur so viel wie möglich von Allem: Möglichst große Kondensatoren, um die Ripplespannungen (Gegentaktstörungen) zu verringern, möglichst große Gleichtaktdrossel um die Gleichtaktströme zu verringern, ggf. zusätzliche Speicherdrosseln einsetzen, um die Gegentaktströme zu verringern.
Hallo, es wurden leitungsgebundene Störungen gemessen. Die Masseflächen sind wirklich als Fläche ausgebildet und durchgehend. Der Lagenaufbau: Top GND (über 0Ohm mit CGND[A:D] verbunden) GNDin und darin die Flächen für CGND[A:D] +5V Vin und darin die Flächen für CVCC[A:D]; die Flächen sind identisch aufgebaut, wie Layer3! Bottom Vom Wert her größere skD in smd, die 2A abkönnen sind recht selten, stelle ich gerade fest. Die jetzige hat 250µH (WE-SL5 von Wuerth). Es steht für mich noch die Frage nach der Dimensionierung der Bauteile im Raum. Die Aussage "So viel, wie möglich" ist zwar gut, bringt mich aber leider nicht weiter. Irgendwie muss man das doch berechnen können? Jemand eine Idee? Danke
Die Masseflächen bilden also miteinander eine große Kapazität. Damit hast Du eine ähnliche Wirkung wie mit einem echten Kurzschluss, die Drossel wird überbrückt und wirkungslos. Mal angenommen, die Kapazität sei 1nF, dann ist die Impedanz bei 1MHz ungefähr 160 Ohm. Die Drossel sollte aber bei 1MHz eine Impedanz von ca. 1,6 kOhm haben. Falls Deine Probleme durch Gleichtaktstörungen verursacht werden, kannst Du mit diesem Filter nichts mehr richten. Befindet sich auf der rechten Seite eine Spannungsversorgung mit Netzkabel, und wurden die leitungsgebundenen Störungen am Netzkabel gemessen? Wie stark müssen die Störungen reduziert werden? Netzfilter vorhanden? Wie ist der allgemeine Aufbau, haben die Geräte metallische Gehäuse? Welche Messmittel stehen zur Verfügung (Messempfänger, Netznachbildung, HF-Stromzange)? Werte berechnen: Schwierig, Du müsstest dazu erstmal wissen, ob es sich um Gegentakt- oder Gleichtaktstörungen handelt. Wenn es reine Gegentaktstörungen sind, und Du um 20dB verringern must, würde es theoretisch ausreichen, die Kondensatoren zu verzehnfachen. Es ist aber sehr unwahrscheinlich, dass es sich nur um Gegentaktstörungen handelt, und das Ergebnis kannst Du nur durch Messungen bestätigen. Der Umgang mit den Gleichtaktstörungen ist komplizierter, da die Gleichtaktimpedanzen der Störsenken meist nicht bekannt sind. Normalerweise geht man von 150 Ohm aus, allerdings können sie auch wesentlich höher liegen (~1 kOhm). Um also den Gleichtaktstrom um 20dB zu verringern muss eine Impedanz von mindestens 1,5 kOhm in Serie zur Störsenke geschaltet werden. Die 220uH Drossel wäre demnach schon ganz o.k., wenn da nicht dieser kapazitive Kurzschluss wäre. Wenn das Gerät mit dem Schaltregler ein Metallgehäuse hat ist es ratsam, die beiden angehenden Verbindungen mit jeweils einem Kondensator gegen das Gehäuse zu blocken (kapazitiver Kurzschluss der Störquelle). Die Impedanzen der Kondensatoren sollten sehr viel kleiner sein als 150 Ohm (z.B. 100nF ö.ä.). Die Drossel sollte dann außerhalb der Kurzschlusskreise liegen, also rechts von den Gehäusekondensatoren. Ggf. kommt man dann sogar ohne Drossel aus. Ansonsten würde ich rechts hinter der Drossel einen weiteren Kondensator (~ 470nF, je nach Höhe der Gegentaktstörungen) zwischen die beiden abgehenden Verbindungen legen, so wie es bei Deinem ursprünglichen Filter auch der Fall war. Eventell wäre es einfacher, den Netzfilter zu ändern, sofern einer vorhanden ist.
anja schrieb: > Irgendwie muss man das doch berechnen können? > Jemand eine Idee? Ganz so einfach ist das nicht: Dazu sind gerade Drosseln von den parasitären Eigenschaften (Koppelkapazität) her einfach zu schlecht. In der Praxis wählt man entweder nach Eigenresonanzfrequenz der Drossel oder nach höchster Induktivität bei gegebener Baugröße und Strom aus. Von einer einfachen Drossel kannst Du allerdings maximal ca. 10 dB Dämpfung erwarten. Den Rest mußt Du durch andere Maßnahmen (X oder Y-Kondensatoren) oder direkte Entstörung an der Quelle (kleiner Kondensator über Schottky-Diode) holen. Wie lang ist denn die Leitung zu den LEDs? Eventuell koppelt die Ausgangsleitung auf die Versorgungsleitung (hinter dem Filter) ein. Gruß Anja
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Guten Morgen, Schön, dass es hier doch Leute gibt, die sich echt mit Problemen auseinandersetzen und einem helfen wollen! Thumbs up! Ich habe mal ein Bild angehängt. Bottom Layer grün und die Innenlage gelb mit Flächen für die Massen. Wie oben schon beschrieben liegen die Flächen für CGND[A:D] und CVCC[A:D] sowie GNDin und Vin exakt gleich. Die Schaltungsmasse liegt ganzflächig auf einer anderen Lage, ebenso die +5V. Schaltungsmasse und die CGND[A:D] sind jeweils mit einem 0Ohm-Widerstand verbunden Die Drossel habe ich mal eingekästelt und die Pins markiert. Habe ich das richtig verstanden, dass jetzt im Moment CGND[A:D] und das normale GND zusammen einen Plattenkondensator bilden, der die Spule in ihrer Wirkung beeinträchtigt? Würde es dann theoretisch Sinn machen, die Fläche für das normale GND an der Stelle auszusparen, wo jetzt CGND[A:D] liegt? Praktisch wird das schwierig umzusetzen sein, aber mal theoretisch... Die leitungsgebundenen Störungen wurden am Netzkabel gemessen, bzw. auf der zuleitung vom Netzteil (Puls Q-Serie, http://www.pulspower.com/pdf/qs20_481.pdf ) zum Gerät. Das Netzteil hat sowohl eingangsseitig, als auch ausgangsseitig einen Filter enthalten (laut Datenblatt). Wie der aufgebaut ist, weiß ich leider nicht. Es ist ein Zukaufteil. Das Gehäuse besteht aus Metall. Es ist aber eine Öffnung für die LEDs vorhanden. Die Zuleitungen zu den LEDs sind kurz gehalten (ca. 4-5cm) Im EMV-Labor wurde mit Netznachbildung gemassen. Ich habe hier leider kein emv-Messequipment zur Verfügung. Damn it! Die Störung bei ca. 650kHz lag ca. 10-15dB über dem Grenzwert. Würde es denn etwas bringen, wenn statt der 250µH Drossel eine 470µH eingesetzt würde? 250er: http://katalog.we-online.de/kataloge/eisos/media/pdf/744272251.pdf 470er: http://katalog.we-online.de/kataloge/eisos/media/pdf/744272471.pdf Der Impedanzverlauf liegt bei der 470er deutlich über der 250er. Und passen würde die auch...Leider kann die nur 1,6A ab. Der Schaltungsteil ist im moment zwar nur mit 1A gerechnet, aber man braucht ja Luft nach oben...neuere Leds werden ja evtl später mal mit höherem Strom betrieben... NoPoP schrieb: > Wenn das Gerät mit dem Schaltregler ein Metallgehäuse hat ist es ratsam, > die beiden angehenden Verbindungen mit jeweils einem Kondensator gegen > das Gehäuse zu blocken (kapazitiver Kurzschluss der Störquelle). Die > Impedanzen der Kondensatoren sollten sehr viel kleiner sein als 150 Ohm > (z.B. 100nF ö.ä.). Die Drossel sollte dann außerhalb der > Kurzschlusskreise liegen, also rechts von den Gehäusekondensatoren. Ggf. > kommt man dann sogar ohne Drossel aus. Ansonsten würde ich rechts hinter > der Drossel einen weiteren Kondensator (~ 470nF, je nach Höhe der > Gegentaktstörungen) zwischen die beiden abgehenden Verbindungen legen, > so wie es bei Deinem ursprünglichen Filter auch der Fall war. Das mit dem Metallgehäuse ist auch so eine Sache: Warum auch immer ist das Gehäuse nur mit dem Schirm des im Gerät befindlichen Netzwerkanschlusses verbunden! Keine Ahnung, was sich der entwickler dabei gedacht hat. Es liegt also nicht auf Schaltungsmasse! NoPoP: Das mit Deinem "rechts und links" und "vor und hinter" hab ich nicht ganz verstanden. Wo würdest Du genau zusätzliche C's einbauen? Und vor Allem warum? Würde bei einem kapazitiven Kurzschluss der Störquelle gegen Masse die Störung nach Masse abgeleitet? Fragen über Fragen... Vielen Dank anja
Ist es moeglich mit einem Netzwerkanalyzer etwas zu messen? Bei dieser Schaltung zu beachten sind Gleichtaktunterdrueckung und Differentialunterdrueckung. Das Ziel waere eine hohe Differentialunterdrueckung zu haben und durch den kompensierten Strom keine Saettigung der Drossel bei Nennstrom.
anja schrieb: > Würde es dann theoretisch Sinn machen, die > Fläche für das normale GND an der Stelle auszusparen, wo jetzt CGND[A:D] > liegt? Ich würde den Eingangsbereich um C8 als Leiterbahn verlegen. Die Leitungen müssen direkt von der Drossel nach C8 und C6 geroutet werden ohne Umwege über Stichleitungen auf andere Layer. C6 ist viel zu weit Weg von der Drossel. Sind es eigentlich Gleichtakt oder Gegentaktstörungen. Bei 650 kHz dominieren normalerweise die Gegentaktstörungen. Hier würde eine Optimierung von C6 und C8 auf 650kHz Eigenresonanzfrequenz etwas bringen. -> C6, C8 auf 2,2uF - 4,7uF erhöhen. anja schrieb: > Würde es denn etwas bringen, wenn statt der 250µH Drossel eine 470µH > eingesetzt würde? 500 Ohm zu 1000 Ohm bei 650kHz kann wenn sonst keine parasitären Pfade da sind bis zu 6 dB bringen (Wenn es Gleichtaktstörungen sind). In der Praxis eher weniger. Für 15dB brauchst Du zusätzliche Maßnahmen. Also entweder noch 2 Kondensatoren aufs Gehäuse (mit Distanzbolzen direkt bei C8). Oder Entstörung der Quelle (kleiner Kondensator ca 100pF über Schottky?-Diode deines Stromreglers). Gruß Anja
anja schrieb: > Keine Ahnung, was sich der entwickler > dabei gedacht hat. Es liegt also nicht auf Schaltungsmasse! Hat er schon richtig gemacht. Das Gehäuse ist die Masse für alle Störströme. Deine Schaltungsmasse ist der Rückleiter für alle Signalströme. Stör- und Signalströme immer schön getrennt halten. Maximal eine direkte Verbindung im Gesamtsystem. (Ist meist im Netzteil wg. Berührschutz). Sonst strahlt das Gehäuse und alle angeschlossenen Schirmleitungen. Gruß Anja
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