Hallo Zusammen,
ich benötige Unterstützung um etwas mehr Klarheit beim Thema
Filterdesign zu erlangen.
Ich möchte einen EMV-Filter für ein SMPS (Buck 250V/24V DC/DC, 4kW,
100kHZ Schaltfrequenz) entwerfen. Den Wandler gibt es momentan nur als
Schaltplan-Entwurf. Aus diesem Grund ist das Qualifizieren der realen
Störungen im ersten Schritt nicht möglich.
Der Filter soll auf der Primärseite (also HV-Seite) verbaut werden. Nun
ist mir nicht ganz klar welche Anordnung der Bauteile für eine saubere
Dämpfung der Gleichtakt- und Gegentakt-Störungen geeignet ist.
Klar ist, dass es ein zweistufiger Filter werden soll - also mit
40dB/dec mit Grenzfrequenzen von 10kHz (zumindest für den
Gegentakt-Filter). Die Grenzfrequenz des Gleichtakt-Filters muss sich
aus den verfügbaren CMM-Chokes und der jeweiligen Induktivität bei einer
vertretbaren Baugröße ergeben (so zumindest der Ansatz).
Was man häufig findet ist die Anordnung (siehe Bild Filter01.jpg) mit
den Y-Caps auf der Load-Seite. Es gibt allerdings auch Filterdesigns mit
Y-Caps auf der Line-Seite. Werden die Gleichtaktstörungen im
entsprechenden Frequenzbereich in beiden Fällen gleich stark bedämpft?
Außerdem scheint der X-Cap auf der Load-Seite optional zu sein. Welches
Kriterium gibt es um die Notwendigkeit zu erkennen?
Die Bedämpfung des Filters mit R+C zwischen L u. N scheint auch auf
beiden Seiten - also Line- u. Load-Seite möglich.
Ich freue mich über Erklärungen und konstruktive Vorschläge.
VG,
Marcus
Marcus81 schrieb:> Ich freue mich über Erklärungen und konstruktive Vorschläge.
Wegen Filterdesign fragst du vielleicht besser in einem Forum für
Analogtechnik. Mit Mikrocontrollern oder digitaler Elektronik kommst du
da nicht weiter.
Wo welche Kondensatoren (egal ob jetzt X- oder Y-) anzubringen sind, ist
leider nur die halbe Erkenntnis beim Filterdesign. Selbst das Layout der
Platine kann große Auswirkungen haben und bei einer schlechten Umsetzung
deinen gesamten Filter überbrücken (z.B. kapazitiv durch sich
überlagernde Kupferflächen).
Vorher solltest du klären, wie viel du filtern willst/musst. Also welche
Normen und Grenzwerte sollen eingehalten werden? Je nach Härte gleich
mal ein zweites Design einplanen. Dazu kommt auch Störfestigkeit durch
Spannungsimpulse (Surge). Umso besser du mit Kondensatoren filterst,
umso anfälliger wird es für Surges.
Wenn du schon mal die Schaltfrequenz kennst, ist das ein Anfang. Ich
würde anhand der eine passende Common Mode Choke suchen. Diese sollte in
dem Frequenzbereich eine möglichst hohe Gleichtakt-Dämpfung aufweisen.
Die Würth 744825510 würde da gut passen, packt aber wohl zu wenig Strom.
Baugröße: Bei 10 kHz Grenzfrequenz wird das ein großer Filter. Daran
kann man nicht viel ändern, da die notwendige CMM-Choke einfach groß
ist.
Du schreibst von einem DCDC-Schaltnetzteil, aber zeigst einen AC-Filter.
Was ist denn nun richtig?
Bei galvanischer Trennung sind X/Y-Kondensatoren von der Sekundärseite
auf die Primärseite (evtl auch über PE) hilfreich, um weitere Störungen
abzuleiten.
Marcus81 schrieb:> Werden die Gleichtaktstörungen im> entsprechenden Frequenzbereich in beiden Fällen gleich stark bedämpft?
Nein, da du ja immer einen anderen "Vorwiderstand" hast, z.B. durch die
CMM-Choke.
> Außerdem scheint der X-Cap auf der Load-Seite optional zu sein. Welches> Kriterium gibt es um die Notwendigkeit zu erkennen?
Gerade diese Kondensator vor der eigentlichen Last würde ich setzten, da
dieser Störungen dort abfangen kann, wo sie entstehen
> Die Bedämpfung des Filters mit R+C zwischen L u. N scheint auch auf> beiden Seiten - also Line- u. Load-Seite möglich.
Ja, bringt aber erst mal nur etwas bei Gegentaktstörungen und
üblicherweise verwendet man dafür ein L+C-Filter. Das hilft in Kombi mit
Varistoren auch gegen Surges.
Danke,
ja das Layout ist sicher die zweite Herausforderungen. Allerdings würde
ich zumindest die Auslegung schonmal in Ansätzen korrekt durchführen
wollen.
Also folgende CMM Choke ist zumindest von der Baugröße noch im Rahmen
(https://www.mouser.de/datasheet/2/599/6123-X220-237899.pdf), allerdings
werden der Berechnung nach die Kapazitäten
(https://www.mouser.de/datasheet/2/427/mkp1848dcl-1762560.pdf) relativ
groß. Ich habe im Anhang meine Überlegungen aufgezeichnet. Kann das
passen?
Mir sind leider die folgenden Dinge immer noch nicht klar:
1. Y-Caps auf Line oder Load-Seite oder beides? Falls ja, wie
dimensioniert man die Line-Side-Y-Caps.
2. Kann der X-Cap auf der Load-Seite gleichzeitig als Link-Capacitor für
den Eingang des DC/DCs genutzt werden?
Chris schrieb:> Also welche> Normen und Grenzwerte sollen eingehalten werden?
CISPR22 ClassB
Chris schrieb:> Du schreibst von einem DCDC-Schaltnetzteil, aber zeigst einen AC-Filter.> Was ist denn nun richtig?
DCDC SMPS - Ja, die Beschriftungen (P/N/PE) führen tatsächlich etwas in
die Irre ;). Ich hatte das Bild zu Anschauung genutzt da es den
prinzipiellen Aufbau des Filters zeigt, der ja beim DCDC identisch ist.
Marcus81 schrieb:> 1. Y-Caps auf Line oder Load-Seite oder beides? Falls ja, wie> dimensioniert man die Line-Side-Y-Caps.
Wenns geht überall welche vorsehen, man muss sie final ja nicht
bestücken. Bei der Dimensionierung solltest du auch berücksichtigen, was
es überhaupt käuflich gibt. Je nach dem wie die Isolation von deinem
Gerät aussieht müssen das Y1 (sehr selten) oder Y2 Kondensatoren sein,
die es nicht beliebig gibt. Selbiges gilt für deine "X-Kondensatoren"
von Vishay. Im Datenblatt steht nirgends etwas, dass dies
X-Kondensatoren sind. Zumindest konnte ich keine offensichtliche Angabe
dazu finden. Dabei stellt sich die Frage, ob du dort (Zwischenkreis?)
überhaupt X-Kondensatoren brauchst.
Die Bezeichnung X- und Y- Kondensator hat nicht nur etwas damit zu tun,
dass dieser Kondensator zwischen Line und Line oder Line to PE verbunden
ist. Die Bezeichnung X- und Y- Kondensator ist eine spezielle "Art" bei
Kondensatoren, welche ein definiertes Verhalten im Fehlerfall haben!
ElKos gibt es meines Wissens nicht als X/Y-Kondensatoren, sondern nur
KerKos und FoKos. Das schränkt die Kapazitätsauswahl dann schon mal ein.
> 2. Kann der X-Cap auf der Load-Seite gleichzeitig als Link-Capacitor für> den Eingang des DC/DCs genutzt werden?
Kann man machen, allerdings ist das scheinbar etwas spezieller in deinem
Fall. Da würde es sich direkt an der Last dann ohnehin empfehlen mehrere
Kondensatoren zu kombinieren. Einen mit mehr Kapazität als klassischen
Puffer sowie einen oder mehrere zum Filtern der HF-Störungen.
Marcus81 schrieb:> CISPR22 ClassB
Oh weh, na dann schon mal viel Spaß. Das kann eine Herausforderung
werden, da würde ich bei dem ersten Versuch gleich genug
Alternativbestückungen vorsehen, um bei der tatsächlichen Messung
verschiedene Konfigurationen testen zu können.
Marcus81 schrieb:> Hallo Zusammen,>> ich benötige Unterstützung um etwas mehr Klarheit beim Thema> Filterdesign zu erlangen.>> Ich möchte einen EMV-Filter für ein SMPS (Buck 250V/24V DC/DC, 4kW,> 100kHZ Schaltfrequenz) entwerfen. Den Wandler gibt es momentan nur als> Schaltplan-Entwurf. Aus diesem Grund ist das Qualifizieren der realen> Störungen im ersten Schritt nicht möglich.>
Hast Du dir denn schon einmal angeschaut wo die Störungen Deines Bucks
herkommen? Wer da klingelt das Du ganz vorne so filtern mußt?
Denn wenn Du das Layout und vor allem die Anspeisung des Bucks sauber
machst (Buck mit 4kW wäre diesbezüglich auch eine eigene Betrachtung
wert) dann verändert sich die Filterei ganz dramatisch... Und durch eine
andere, vielleicht besser geeignete Topologie sieht die Filterei auch
anders aus, es macht einen Unterschied ob Du Störungen um mehr als 60db
filtern mußt oder "nur" 30db bei einer handvoll Frequenzen um innerhalb
der Limits zu bleiben.
iaW: Du kannst berechnen was Du willst, auch mit vielen Nachkommastellen
- doch die Realität sieht bei 170A I_sec vollkommen anders aus als alles
was Du da vorab berechnet hast, alleine weil die Maschengröße durch die
nötigen Bauteile riesig werden und Du da keine Chance hast was kleiner
zu machen...
Wenn Du einen synchronen Buck hast - viel Spaß bei der Bauteilauswahl...
der Lowside-Teil - egal ob FET oder Diode wird einiges zu tun haben -
hohe Spannung und irre viel Strom - und das alles in ein paar 10ns zum
Umchalten, sonst steigen die Schaltverluste ins unermessliche.
Langer Rede kurzer Sinn: hol Dir eine lokale und kompetente Begleitung
Filter01.JPG
(14 KB)
