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Entstörung mit X-Y-Kondensatoren

Simon Reinhardt | FAE Passiv

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Bei hochfrequenten Signalen haben Kondensatoren die Eigenschaft einer geringen Impedanz. Diese Eigenschaft wird bei EMV-Filtern genutzt um Störsignale, welche in Ihrer Art ein hochfrequentes Signal darstellen, zur Störquelle zurückzuleiten.

Eine Gegentaktstörung (englisch Differential Noise) liegt zwischen Phase und Neutralleiter an. Ohne eine Entstörmaßnahme fließt die Störung direkt in die Anwendung und kann zum Beispiel die Steuerelektronik beeinflussen. Mit einem Kondensator zwischen Phase und Neutralleiter am Eingang, wird dem Störsignal ein niederimpedanter Pfad zurück zur Störquelle zur Verfügung gestellt. Bei Netzanwendungen muss dieser Kondensator aus Sicherheitsgründen mindestens der Klasse X entsprechen. Daher ist für diese Beschaltung umgangssprachlich auch der Begriff X-Kondensator geprägt.

Eine Gleichtaktstörung (englisch Common Mode Noise) liegt zwischen allen Leitern und dem Erdpotenzial (Ground) an. Auch hier werden am Eingang Kondensatoren zwischen den Leitern und dem Erdpotential geschaltet, um dem Störsignal einen definierten niederimpedanten Weg aus der Schaltung zurück zur Störquelle aufzuzeigen. Für diese Beschaltung wird aus Sicherheitsgründen die höhere Klasse Y benötigt. Woraus wiederum umgangssprachlich der Name Y-Kondensator hervorgeht.

Da die Klasse Y höheren Sicherheitsanforderungen entsprechen muss, könnten diese Kondensatoren theoretisch auch in einer typischen X-Kondensatoren Schaltung verwendet werden. Diese kommt in der Praxis jedoch eher selten bis gar nicht vor.

Abbildung: Anordnung der Entstörkondensatoren zwischen Phase L, Neutralleiter N und Schutzleiter
Quelle: wikipedia.org/wiki/Datei:Entst%C3%B6rkondensatoren4

 

Auswahl des richtigen Kondensators

Die Auswahl des richtigen Kondensators kann entscheidend für eine funktionierende Entstörmaßnahme sein. Im Einzelnen kann diese anhand von Spezifikationen, Simulationen und Messungen ermittelt werden. Im Allgemeinen betrachtet haben sich ein paar Faustregeln etabliert. Ausschlaggebend sind hier die parasitären Effekte die Aufgrund von Bauweise und Zusammensetzung des jeweiligen Kondensators zustande kommen. Im Ersatzschaltbild wird deutlich, welche Parameter die Filterwirkung zusätzlich beeinflussen. Im Besonderen geht hier die serielle Induktivität hervor, welche im Impedanz über Frequenzverlauf ein gegenteiliges Filterverhalten zum idealen Kondensator hat.

Vereinfachtes Ersatzschaltbild Kondensator

Ersatzschaltbild unter Berücksichtigung von Leckstrom und Isolation

THT oder THR Bauformen bzw. bedrahtete Kondensatoren sind bis zu einer Entstörung von ca. 50MHz sinnvoll einsetzbar. Darüber hinaus erhält der parasitäre induktive Effekt der Anschlussbeinchen einen signifikanten Einfluss, daher ist es ab dieser Frequenz besser mit einem SMD bestückbaren Kondensator zu arbeiten. Die SMD Kontaktstelle bietet eine kleinere parasitäre Induktivität im Vergleich zu den Anschlussbeinchen bei den THT und THR Bauformen.

Um den Vorteil des SMD Kondensators zu nutzen, ist es besonders wichtig dabei auf die Kontaktierung beim Platinen Layout zu achten.

Anschluss eines bedrahteten und eines SMD-Kondensators: Ungünstig mit langen Zuleitungen (a) und günstig mit kurzen Zuleitungen (b)

 

Impedanzverläufe am Kondensator für die ungünstige (a) und günstige (b) Anschlusstechnik

Als Faustregel hat sich für die Materialien etabliert, dass Keramikkondensatoren bei hohen Frequenzen eingesetzt werden und Folienkondensatoren bei niedrigen bzw. mittleren Frequenzen. Inwiefern diese Regel auf die heutigen Technologien bezogen noch aktuell ist, ist streitig. Fakt ist jedoch, dass sich über das Angebot von Kondensatoren im Netzbereich Folienkondensatoren als X-Kondensatoren und Keramikkondensatoren als Y-Kondensatoren etabliert haben. Welcher Kondensator im welchen Frequenzbereich besser wirkt sollte jedoch im Einzelfall an Hand der Spezifikationen bzw. Simulationen geprüft werden. Um die Vorteile beider Kondensatorentypen zu nutzen, können beide Typen parallel geschaltet werden.

Keramiken bieten meist kleine Bauformen, gehen im Bereich der Sicherheitskondensatoren jedoch nur bis ca. 0,056µF max. Sie sind als THT oder SMD Bauform erhältlich.

Folienkondensatoren weisen eine hohe Impulsbelastbarkeit und ein stabiles DC Bias-Verhalten auf. Sie sind im Bereich der Sicherheitskondensatoren bis zu einer Größe von ca. 10µF max. und in der Bauform THT verfügbar.

Unsere FAEs können Sie bei der Auswahl der richtigen Kondensatoren sowie bei Musterauswahl gerne unterstützen.

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Quellen:
Artikel:
- Technologie-Vergleich; Welcher Kondensator-Typ passt zu mir? 29.04.2015 von Marcel Consée
Bücher:
- EMV Störungssicherer Aufbau elektronischer Schaltungen“ von Joachim Franz
- EMI Filter Design von Richard Lee Ozenbaugh und Timothly M. Pullen

 

 

 

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