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Entstörung mit X- und Y-Kondensatoren

Paul-Martin Kamprath | Leitung Marketing | pk components GmbH

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.

Anordnung der Entstörkondensatoren zwischen Phase L, Neutralleiter N und Schutzleiter bei Geräten mit und ohne Schutzisolierung
Quelle: Wikipedia

 

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

Artikelnummer Beschreibung Hersteller Stückzahl
MUR_GA3_.jpg GA342QR7GF101KW01L-M Chip-Kerko 1808 100pF X1,Y2 Muster Datenblatt Murata 90 Muster anfordern
MUR_GA3_.jpg GA352QR7GF102KW01L-M Chip-Kerko 2211 1nF X7R 10% 250V Muster Datenblatt Murata 88 Muster anfordern
MUR_GA3_.jpg GA355DR7GB223KW01L-M Chip-Kerko 2220 22nF X2 250V Muster Datenblatt Murata 28 Muster anfordern
MUR_GA3_.jpg GA355ER7GB333KW01L-M Chip-Kerko 2220 33nF X2 250V Muster Datenblatt Murata 78 Muster anfordern
MUR_GA3_.jpg GA355ER7GB473KW01L-M Chip-Kerko 2220 47nF X2 250V Muster Datenblatt Murata 165 Muster anfordern
MUR_GA3_.jpg GA355QR7GB103KW01L-M Chip-Kerko 2220 10nF X1,Y2 Muster Datenblatt Murata 88 Muster anfordern
MUR_GA3_.jpg GA355QR7GF222KW01L-M Chip-Kerko 2220 2,2nF X1,Y2 Muster Datenblatt Murata 70 Muster anfordern
MUR_GA3_.jpg GA355QR7GF332KW01L-M Chip-Kerko 2220 3,3nF X7R 250V 10% Muster Datenblatt Murata 90 Muster anfordern
MUR_GA3_.jpg GA355XR7GB563KW06L-M Chip-Kerko 2220 56nF X2 250V Muster Datenblatt Murata 50 Muster anfordern
NIC_NPXH_Kit.jpg Musterkit NPXH-M NPXH Musterkit X2-Entstörkond. 330V 0,015/0,047/ 0,068/0,1/0,22/0,56/1,0/3,3/6,8µF, Muster Datenblatt NIC 6 Muster anfordern
SWH_Disk_Kerko_Highvolt.jpg SCB2E471K08BW7-M Safety Capacitor radial B X1/Y2 250VAC 470pF 10%, Muster Datenblatt Samwha 50 Muster anfordern
SWH_Disk_Kerko_Highvolt.jpg SCE2E222M10BW7-M Safety Capacitor radial E X1/Y2 250VAC 2,2nF 20%, Muster Datenblatt Samwha 50 Muster anfordern
SWH_Disk_Kerko_Highvolt.jpg SCF2E103Z14BW7-M Safety Capacitor radial E X1/Y2 250VAC 10nF 80%/-20%, Muster Datenblatt Samwha 50 Muster anfordern
SWH_Disk_Kerko_Highvolt.jpg SDB2G471K08BW1-M Safety Capacitor radial B X1/Y1 250/440VAC 470pF 10%, Muster Datenblatt Samwha 48 Muster anfordern
SWH_Disk_Kerko_Highvolt.jpg SDE2G222M12BW1-M Safety Capacitor radial E X1/Y1 250/440VAC 2,2nF 20%, Muster Datenblatt Samwha 48 Muster anfordern
SWH_Disk_Kerko_Highvolt.jpg SDO2G220K09BW1-M Safety Capacitor radial O X1/Y1 250/440VAC 22pF 10%, Muster Datenblatt Samwha 48 Muster anfordern
Artikelnummer Beschreibung Hersteller Stückzahl
MUR_DE_500V_safety.jpg DE1B3RB101KA4BR01F-M Capacitor Leaded 100pF B 500V F10.0 10% safety, Muster Datenblatt Murata 10 Muster anfordern
MUR_DE_500V_safety.jpg DE1B3RB221KA4BR01F-M Capacitor Leaded 220pF B 500V F10.0 10% safety, Muster Datenblatt Murata 8 Muster anfordern
MUR_DE_500V_safety.jpg DE1B3RB471KA4BR01F-M Capacitor Leaded 470pF B 500V F10.0 10% safety, Muster Datenblatt Murata 10 Muster anfordern
MUR_DE_500V_safety.jpg DE1E3RB102MA4BR01F-M Capacitor Leaded 1nF B 500V F10.0 20% safety, Muster Datenblatt Murata 10 Muster anfordern
MUR_DE_500V_safety.jpg DE1E3RB222MA4BR01F-M Capacitor Leaded 2,2nF B 500V F10.0 20% safety, Muster Datenblatt Murata 10 Muster anfordern
MUR_DE_500V_safety.jpg DE1E3RB472MA4BR01F-M Capacitor Leaded 4,7nF B 500V F10.0 20% safety, Muster Datenblatt Murata 8 Muster anfordern
Artikelnummer Beschreibung Hersteller Stückzahl
MUR_DK_Y1.jpg DK11XEA100K86HAH01-M SMD Kondensator Y1 10pF 250V 10% Muster Datenblatt Murata 20 Muster anfordern
MUR_DK_Y1.jpg DK11XEA470K86HAH01-M SMD Kondensator Y1 47pF 250V 10% Muster Datenblatt Murata 20 Muster anfordern
MUR_DK_Y1.jpg DK11XEA470K86HBH01-M SMD Kondensator Y1 47pF 300V 10% Muster Datenblatt Murata 20 Muster anfordern
MUR_DK_Y1.jpg DK1B3EA101K86HAH01-M SMD Kondensator Y1 100pF 250V 10% Muster Datenblatt Murata 5 Muster anfordern
MUR_DK_Y1.jpg DK1B3EA101K86HBH01-M SMD Kondensator Y1 100pF 300V 10% Muster Datenblatt Murata 20 Muster anfordern
MUR_DK_Y1.jpg DK1B3EA331K86HAH01-M SMD Kondensator Y1 330pF 250V 10% Muster Datenblatt Murata 20 Muster anfordern
MUR_DK_Y1.jpg DK1B3EA471K86HAH01-M SMD Kondensator Y1 470pF 250V 10% Muster Datenblatt Murata 20 Muster anfordern
MUR_DK_Y1.jpg DK1E3EA102M86HAH01-M SMD Kondensator Y1 1,0nF 250V 20% Muster Datenblatt Murata 3 Muster anfordern
MUR_DK_Y1.jpg DK1E3EA152M86HBH01-M SMD Kondensator Y1 1,5nF 300V 20% Muster Datenblatt Murata 10 Muster anfordern

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