Wie funktioniert der EMV-Filter?

Störquellen

Typische Störquellen sind z. B. Wechselrichter für Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) zur Motorsteuerung und Schaltnetzteile. Beide Geräte erzeugen Stromspannung und Stromstärke, die während des Betriebs zu steilen Flanken führen können. Das Störspektrum umfasst das gesamte Spektrum von 0,15 bis 30 MHz, wenn leitungsgeführte Emissionen gemessen werden und von 30 bis 1000 MHz, wenn Strahlungsemissionen gemessen werden.

Differentieller Störmodus (symmetrisch)
Bei geringen Frequenzen von mehreren Hundert kHz breitet sich die Störung auf die gleiche Weise wie die Netzspannung aus. Der Strom fließt in der Schleife, die durch die L- und N-Leiter gebildet wird.

Gleichtaktstörmodus (asymmetrisch)Bei höheren Frequenzen von mehr als 1MHz erzeugen die parasitären Kapazitäten an der Störquelle und die gestörte Ausrüstung zudem einen Störstrom im Erdungsschaltkreis. Dieser Gleichtaktstörstrom fließt entlang beider Anschlussleitungen in Richtung der gestörten Ausrüstung und kehrt über die Erdung an die Störstromquelle zurück.

Typischer EMV-Filter

Gleichtaktdrossel
Die Gleichtaktdrossel ist mit zwei Wicklungen am gleichen Kern ausgestattet. Der Kopplungskoeffizient zwischen L1 und L2 ist k=M/(L1*L2)^0,5, wobei M für die gegenseitige Induktivität zwischen L1 und L2 steht. Im Idealfall ist L1=L2 und k=L/M

Im Normalbetrieb und im differentiellen Störmodus wird der magnetische Fluss, der durch L1 erzeugt wird, über den Strom kompensiert, der in L2 in entgegengesetzter Richtung fließt. In diesem Fall ist L1=L2=0.5*L DM =L-M. Bei einer typischen Ringkernwandler-Gleichtaktdrossel nähert sich M L und L DM ~1%L an.

Im Gleichtaktstörmodus fließt der Strom durch L1 und L2 in die gleiche Richtung, L1=L2=L CM =L+M

Messung Filtereinfügedämpfung

Die Einfügedämpfung ist ein Messwert für die Filtereffizienz. Das Prüfverfahren zur Messung der Einfügedämpfung wurde durch die Publikation der Norm CISPR 17 der IEC im Jahr 2011 aktualisiert und in Form der Norm EN 55017 veröffentlicht. Der Generator-Ausgangswiderstand Z 0 und die Filterlast Z 2 betragen 50 Ohm.

Die Filtereinfügedämpfung hängt von dem Ausgangswiderstand an der Störquelle und vom Lastwiderstand ab. In der Praxis ist der Ausgangswiderstand an der Störquelle nicht bekannt und beträgt der Filterlastwiderstand nicht 50 Ohm. Daher können die Kurven zur Einfügedämpfung im Datenblatt ausschließlich verwendet werden, um die Filter miteinander zu vergleichen. Es ist nicht möglich, anhand dieser Kurven die Filterdämpfung in einer realen Situation zu berechnen.

Zur besseren Charakterisierung der Dämpfung im differenziellen Störmodus wird laut IEC CISPR 17 eine Filtermessung mit einem Störquellenwiderstand von 0,1 Ohm und einem Lastwiderstand von 100 Ohm und umgekehrt vorgeschlagen. Durch diese Methode kann man sich dem Worst-Case- Szenario annähern.

Durch die Einfügedämpfungkurve von FMAB NEO 5500.2637.01 wird klar, dass die Entstörung im differentiellen Modus im schlimmsten Fall 20 bis 30 dB oder weniger beträgt. Die Kurve zeigt auch, dass die Dämpfung in einem Frequenzbereich von 20 bis 50 kHz negativ ist. Falls in diesem Band eine harmonische Komponentenstörung auftritt, wird diese nicht unterdrückt (entstört), sondern verstärkt!

Schlussfolgerung

Zur Errechnung der Dämpfung für Frequenzen bis zu 1 MHz (differentieller Modus) empfiehlt sich die Berücksichtigung der 0,1/100 Ohm-Kurve. Über einer Frequenz von 1 MHz besteht eine Gleichtaktstörung und die 50-Ohm- Kurve nähert sich dem tatsächlichen EMV-Filterverlust an.