Dual

Apr 13, 2023

Schaltungsdesigner müssen mit vielen Arten von Rauschen umgehen: internes, externes Rauschen, HF, Netzfrequenz und mehr. Unabhängig von der Art oder Quelle kann Lärm ein begrenzender Faktor für die Systemleistung sein und muss daher angegangen und minimiert werden. Die Herausforderung der Lärmreduzierung besteht normalerweise darin: „Mit welchem ​​Aufwand und welchen Kosten?“

Sogar das allgegenwärtige Schaltnetzteil (SMPS) weist Probleme mit der Geräuschentwicklung auf. Aufgrund ihrer Effizienz und geringen Größe wird diese Architektur häufig in Anwendungen wie LED-Treibern und elektronischen Vorschaltgeräten eingesetzt. Leider unterliegen SMPS-Geräte auch Differenzialmodus-Rauschen (DM) und Gleichtaktrauschen (CM), die beide sowohl aus Leistungs- als auch aus regulatorischen Gründen unterdrückt werden müssen.

Verstehen Sie die Geräuschmechanismen und -lösungen

Gegentakt- und Gleichtaktrauschen haben unterschiedliche Ursachen und daher unterschiedliche Lösungen. Gegentaktrauschen ist Rauschen, das auf der Leitung und dem Neutralleiter in entgegengesetzte Richtungen geleitet wird (Abbildung 1, links). Der grundlegende DM-Filter verwendet eine Einzelwicklungsdrossel (Induktivität), die in den Leitungspfad eingefügt wird, zusammen mit einem Kondensator von der Leitung zum Neutralleiter und verhindert so, dass sich Rauschen durch das System ausbreitet (Abbildung 1, rechts).

Abbildung 1.

Da sich die DM-Induktivität im Leitungspfad befindet, verarbeitet sie sowohl das Rauschen als auch den DC-Offset aufgrund des der Last zugeführten Stroms. Daher muss es so ausgelegt sein, dass es die erforderliche Induktivität bietet, jedoch mit einem niedrigen Gleichstromwiderstand (DCR), um sowohl den Effektivstrom als auch den Spitzenstrom der Leitung ohne Sättigung zu bewältigen.

CM-Rauschen werden sowohl auf der Leitung als auch auf dem Neutralleiter (Erde) in die gleiche Richtung geleitet (Abbildung 2, links). Der grundlegende CM-Filter verwendet eine Induktivität mit zwei Wicklungen sowohl im Leitungs- als auch im Neutralleiterpfad sowie einen Kondensator von Leitung zu Erde (Abbildung 2, rechts).

Figur 2.

Da die Leitungs- und Neutralleiterströme in entgegengesetzter Richtung durch die CM-Wicklungen fließen, gibt es keinen Netto-Gleichstromfluss und daher keine Möglichkeit, den Magnetkern der CM-Drossel zu sättigen. Die CM-Filterdrossel muss lediglich über die erforderliche Induktivität und einen ausreichend niedrigen DCR für den Effektivstrom verfügen.

Eine bessere Implementierung von Triad Magnetics

Da die DM- und CM-Rauschmechanismen weitgehend voneinander unabhängig sind, erfordern ihre Lösungen zwei unterschiedliche Drosseln und Anordnungen. Es wäre ein Glücksfall, wenn die beiden Ansätze zur Geräuschunterdrückung durch eine einzige Drossel implementiert werden könnten – das spart Platz, vereinfacht die Stückliste (BOM) und senkt die Kosten. Aufgrund der unterschiedlichen technischen Voraussetzungen ist dies leider nicht möglich.

Eine neue Komponentenserie von Triad Magnetics kombiniert jedoch beide Drosseln in einem Doppelfunktions-Open-Frame-Design, das die Funktionen beider Drosseln in einem einzigen, kleineren und kostengünstigeren Paket bietet. Diese Gleichtaktdrosseln der CMF-Serie (Abbildung 3) sind mehr als eine einfache gemeinsame Unterbringung zweier unterschiedlicher Geräte in einem einzigen Gehäuse. Stattdessen verbessert ihr mechanisches Design die kombinierte elektrische Leistung und führt gleichzeitig zu spürbaren Einsparungen bei Größe und Kosten.

Figur 3.

Es gibt 21 einzigartige Modelle in der CMF-Serie mit Nennströmen von 0,45 bis 2,3 A mit Induktivitäten von 10 bis 100 mH und Streuinduktivitäten von 200 bis 2100 mH. Die Gleichstromwiderstände liegen je nach Modell zwischen 188 und 2930 mΩ. Sie sind in horizontalen Paketen (von 13,5 h × 15 × 24,5 mm bis 14 h × 25 × 29 mm) und vertikalen Paketen (von 27 h × 15 × 29 mm) erhältlich, um Situationen mit geringem Abstand gerecht zu werden.

Abbildung 4: Die Gleichtaktdrosseln der CMF-Serie von Triad Magnetics kombinieren Differential- und Gleichtaktdrosseln in einer einzigen Komponente und nutzen die mechanischen und elektrischen Vorteile, die die Kombination bietet. Quelle: Triad Magnetics

Trotz ihrer geringen Größe beträgt ihr Kriech- und Luftstreckenparameter mehr als 3 mm und sie sind für den Betrieb mit 300 VAC ausgelegt. Sie sind für die meisten Designs eine ausgezeichnete Wahl, es sei denn, die Induktivitätswerte der CM- und DM-Filter unterscheiden sich erheblich.