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Produkt-Übersicht
Da die Sicherheit und der Komfort der Kraftfahrzeuge wichtiger werden, werden in den Fahrzeugen mehr elektronische Geräte verwendet. Elektronische Schaltkreise verfügen über Signalleitungen und Stromversorgungsleitungen, und beide benötigen Gegenmaßnahmen gegen das Rauschen. Die Gleichtaktfilter von TDK zeichnet sich durch eine vielfältige Palette von Produkten für spezifische Anwendungen aus, einschließlich der Produktgruppen, die eine kompakte Größe oder eine niedrige Bauhöhe aufweisen, und Produktgruppen, die einen unabhängigen Klemmenaufbau aufweisen, um den schwierigen Umgebungsbedingungen bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen gerecht zu werden. Dieses Kapitel stellt die Gleichtaktfilter für die Stromversorgungsleitungen vor.

Grundstruktur der Gleichstrom-Eingangsfilterkreise

Die Filterkonfiguration eines Gleichstrom-Eingangsfilterkreises wird stark von der Art und Weise beeinflusst, wie der Erdungsanschluss auf der Platine angebracht ist, und in Abhängigkeit von der zu dämpfenden Bandbreite und vom Ausbreitungsweg des Rauschens sind geeignete Komponenten zu verwenden. Bei der ersten Auslegungsstufe der EMI-Gegenmaßnahmen ist es wünschenswert, eine Musterkonfiguration zu haben, die die Bestückung mit Induktorspulen (L), Kondensatoren (C) und Filtern (CMF) ermöglicht.

Beispiel der Filterkonfiguration

Normalmodusrauschen (Differenzrauschen) und Gleichtaktrauschen

Es gibt zwei Arten des Leitungsrauschens: Normalmodusrauschen (Differenzrauschen) und Gleichtaktrauschen. Das Normalmodusrauschen tritt in der Schaltungsleitung auf und fließt in die entgegengesetzte Richtung, während das Gleichtaktrauschen zwischen der Schaltungsleitung und der Erdung auftritt und in die gleiche Richtung fließt. Bei der Umsetzung der Gegenmaßnahmen gegen das Rauschen muss darauf geachtet werden, welche Art des Rauschens auftritt und welche Komponenten für die Gegenmaßnahmen zu verwenden sind.
Für das Normalmodusrauschen werden Induktorspulen und Kondensatoren verwendet, und für das Gleichtaktrauschen werden Gleichtaktfilter verwendet.

Wohin das Leitungsrauschen fließt

Normalmodus

Rauschen, das in den Leitungen des Stromkreises fließt
(fließt in die entgegengesetzte Richtung wie die Leitung)

Abbildung 4

Gleichtaktmodus

Rauschen, das in der Schutzerde des Rahmens fließt
(fließt in die gleiche Richtung wie die Leitung)

Abbildung 5

Trends bei den DC/DC-Wandlern für die Steuergeräte in Kraftfahrzeugen

Da mehr elektronische Geräte in Kraftfahrzeugen verwendet werden, werden mehr Steuergeräte eingebaut, und es sind Gegenmaßnahmen gegen das Gleichtaktrauschen erforderlich. Gegenwärtig verwenden die DC/DC-Wandler für die Steuergeräte in Kraftfahrzeugen die 2-MHz-Frequenz als Schaltfrequenz, um dem AM-Band auszuweichen, sodass die Gegenmaßnahmen gegen das hochfrequente Rauschen eine wichtige Rolle spielen.

Abbildung 6: Von der Anwendung verwendetes Frequenzband

Änderung des Rauschens, wenn die Schaltfrequenz 2 MHz beträgt

Spannungsmethode des Leitungsrauschens

Bedingungen: Eingang 5 V, Ausgang 1,2 V/2 A, kein Eingangsfilter
Wenn die Schaltfrequenz 2 MHz beträgt, liegt die Grundwelle im AM-Band oder höher und das Rauschen im FM-Band erhöht sich.

Abbildung 7: Schaltfrequenz 400 kHz

Abbildung 8: Schaltfrequenz 2 MHz

Die Standardwerte nach CISPR 25 Level 5 (Spitze) werden als Referenz angegeben.

Faktoren, die das Rauschen im FM-Band verstärken

Faktoren, die das Rauschen im FM-Band verstärken, sind der Anstieg der Einschaltgeschwindigkeit und der Anstieg des hochfrequenten Bereiches. Der hochfrequente Bereich ist aufgrund der parasitären Kapazität der Schutzerde des Rahmens anfälliger für den Verlust des Gleichtaktstroms.

1) Wenn die Einschaltgeschwindigkeit ansteigt und der hochfrequente Bereich ansteigt.

Abbildung 9

Abbildung 10: Trapezwellenspektrum

2) Der hochfrequente Bereich ist aufgrund der parasitären Kapazität der Schutzerde des Rahmens anfälliger für den Verlust des Gleichtaktstroms.

Abbildung 11

Es ist schwierig, das Gleichtaktrauschen vorherzusagen, da die Streukapazität stark von der Art und Weise abhängig ist, wie die Erdung angeschlossen ist, jedoch dienen die Gleichtaktfilter der Vermeidung des Gleichtaktrauschens.

3) Wenn die Gegenmaßnahmen gegen das Gleichtaktrauschen unzureichend sind, wird eine Fehlfunktion sehr wahrscheinlich.

Angenommen, ein Stromrauschen von 1 µA fließt in einem Kabel mit einem Schleifenbereich von 20 cm2 mit einer Frequenz von 80 MHz. Bei einem Abstand von 1 m betragen die Werte für die elektrische Feldstärke:

ED= 0.084μV/m
EC=9μV/m

Auch bei gleichem Stromwert ist der Effekt des Gleichtaktstroms größer
(etwa 100-mal größer im obigen Beispiel)

Die Höhe der abgestrahlten Emissionen in jedem Modus kann mit der folgenden Formel bestimmt werden.
Differenzstrom: ID
Gleichtaktstrom: IC
Leitungslänge: L
Zeilenaustastintervall: s
Abstand: d

Eigenschaften der Gleichtaktfilter von TDK für die Stromversorgungsleitungen in Kraftfahrzeugen und Produktpalette

TDK erweitert seine Angebotspalette an Filtern, die mit verschiedenen Arten von Gleichstromleitungen mit einer maximalen Stromstärke von 8 A kompatibel sind. Diese Produkte bieten eine hohe Impedanz über eine hohe Bandbreite und einen Betriebstemperaturbereich Ta (Umgebungstemperatur) von -40 bis 125 °C.

Beispiele für unterstützte Anwendungen
Produktpalette
Punkt Gleichtakt-Impedanz
(bei 100 MHz)
Gleichstromwiderstand Nennstrom Nennspannung Isolationswiderstand
(Ω) min. (Ω) typ. (mΩ) max. (A) max. (V) max. (MΩ) max.
Daten- und Signalleitungsdrosseln,Gleichtaktfilter:ACT1210G
ACT32P-102-2P-TL00 3.2x2.5x2.5 - 1000 250 0.65 80 10
Daten- und Signalleitungsdrosseln,Gleichtaktfilter:ACM70v
LCV55-701-2PL-TL00(in Entwicklung) 5.5x5.5x3.5 - 700 - 3.0 80
LCV55-142-2PL-TL00(in Entwicklung) - 1400 - 2.0
LCV70-701-2PL-TL00 7.0x6.0x3.5 500 700 15 4.0
LCV70-142-2PL-TL00(in Entwicklung) - 1400 26 2.6
ACM90V-701-2PL-TL00 9.0x7.0x4.5 500 700 10 5.0
ACM90V-152-2PL-TL00 1100 1500 16 3.6
ACM12V-701-2PL-TL00 12.0x11.0x6.0 500 700 6 8.0
ACM12V-172-2PL-TL00 1200 1700 12 4.8

Tabelle 1

Produkteigenschaften

Hohe Bandbreite und hohe Rauschunterdrückung

Weist eine hohe Gleichtakt-Impedanz in typischen Bändern wie zum Beispiel dem FM-Band und dem Mobilfunkband auf.

Low-Profile-Bauform

Die Low-Profile-Bauform weist max. 3,5 mm auf, was ideal für Steuergeräte mit Low-Profile-Bauform ist, die eine Abschirmung benötigen.

Hochwertiger Aufbau

Mit der automatisierten Produktion kompatibel
Halogenfrei

Zusammenfassung

Durch die höheren Betriebsfrequenzen der DC/DC-Wandler spielt die Rauschunterdrückung im FM-Band eine wichtige Rolle. Der Schlüssel der EMI-Gegenmaßnahmen ist die Trennung des Normalmodus vom Gleichtaktmodus, und das im Gleichtaktmodus verursachte Rauschen wird vorrangig durch die Muster- und Ebenenkonfiguration und die Art und Weise beeinflusst, wie die Erdung angeordnet ist. Die Gleichtaktfilter dienen dazu, das Gleichtaktrauschen zu vermeiden. Wie in der Abbildung unten dargestellt, verringert ein Normalmodusfilter allein das Rauschen bei 50 MHz und höher nicht, aber wenn ein Gleichtaktfilter verwendet wird, kann das Rauschen bei 50 MHz und höher verringert werden.
In Fällen, in denen elektromagnetische Störungen aufgrund des Gleichtaktrauschens ein Problem darstellen, kann ein Gleichtaktfilter eine effektive Gegenmaßnahme darstellen, aber das Hinzufügen eines Gleichtaktfilters in einer späteren Phase erfordert eine Änderung der gesamten Anordnung, daher wird empfohlen, während der Designphase einen Aufbau vorzusehen, der die Installation eines Filters zulässt.