EMV-Komponenten Wie sich mobile Elektronik zuverlässig und verlustarm entstören lässt

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Smartphones und Tablet-PCs haben immer mehr Leistungsmerkmale und Funktionen. Dadurch wird die Akkulaufzeit zum kritischen Faktor. Neue Störgeräuschabsorber mit bewusst erhöhtem ESR verbessern die Qualität der Stromversorgung ohne Energieverluste.

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Smartphones und Tablet-PCs: MLCCs mit erhöhtem Serienwiderstand eignen sich besonders zur zuverlässigen und verlustarmen Entstörung von Geräten der mobilen Elektronik.
Smartphones und Tablet-PCs: MLCCs mit erhöhtem Serienwiderstand eignen sich besonders zur zuverlässigen und verlustarmen Entstörung von Geräten der mobilen Elektronik.
(Bild: TDK)

Smartphones und Tablet-PCs haben immer mehr Leistungsmerkmale und Funktionen. Dadurch wird die Akkulaufzeit zum kritischen Faktor. Neue Störgeräuschabsorber mit bewusst erhöhtem ESR verbessern die Qualität der Stromversorgung ohne Energieverluste.

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Die neuen Störgeräuschabsorber der YNA-Serie von TDK dämpfen das Rauschen in DC/DC-Wandlern. Darüber hinaus vermeiden sie Antiresonanzen in Entkopplungsschaltungen, ohne die Effizienz der Stromversorgung zu beeinträchtigen. Herkömmliche DC/DC-Wandler von mobilen Geräten können hochfrequente elektromagnetische Störungen (EMI) erzeugen – darunter auch sogenannte Spannungsschwingungen. Der Grund liegt in den schnellen Schaltvorgängen ihrer Halbleiterbauelemente, wie den MOSFETs. Um das Rauschen zu dämpfen und die Halbleiter zu schützen, wird normalerweise ein RC-Glied (Snubber) parallel zur Eingangsstufe der Stromversorgung geschaltet.

Standardkondensatoren sind auf niedrige ESR-Werte optimiert

Standardkondensatoren sind auf möglichst niedrige Serienersatzwiderstände (ESR) optimiert. Daher wird beim Einsatz für die EMI-Unterdrückung ein zusätzlicher Widerstand benötigt, um eine ausreichend hohe Impedanz für einen Resonanzkreis zu erreichen. Zwar kann ein klassisches RC-Glied EMI-Funkstörungen und Spannungsschwingungen effektiv unterdrücken, aber der Nachteil bei dieser Lösung ist, dass die Effizienz der Stromversorgung um etwa 4 Prozent sinkt. Aus diesem Grund eignen sich derartige Schaltungen nicht optimal für Smartphones und andere mobile Geräte, die eine lange Akkulaufzeit bieten müssen. Bild 1 zeigt das Funktionsprinzip eines solchen Resonanzkreises.

Weniger Bauelemente durch YNA-Störgeräuschabsorber

Der neue TDK YNA-Störgeräuschabsorber dämpft Störgeräusche ohne jegliche Energieverluste. Dieses EMV-Vielschicht-Bauelement ist durch den absichtlich erhöhten ESR in der Lage, EMI-Störungen und Spannungsschwingungen ohne zusätzlichen Widerstand zu unterdrücken. Daher kann das Bauelement einen Kondensator in der Eingangsstufe eines DC/DC-Wandlers, wie in Bild 2 gezeigt, ersetzen. Spannungsschwingungen treten auf, wenn die Impedanz bei der Eigenresonanzfrequenz (SRF) des Kondensators im RC-Glied abfällt. Bei Verwendung eines Störgeräuschabsorbers der YNA-Serie lassen sich die horizontale und die vertikale EMI-Störstrahlung um bis zu 3,5 dB (Bild 3) dämpfen.

Innovatives Elektroden-Design für variablen ESR

Das Vielschicht-Bauelement besitzt drei Elektroden (Bild 4): zwei Endelektroden und eine externe Elektrode, die nicht mit der Schaltung verbunden ist (NC-Elektrode). Diese dritte Elektrode ist an die Innenelektroden angeschlossen. Der ESR-Wert des Bauelements ist beeinflussbar, indem die Anzahl, die Kombination und das Muster der Innenelektroden verändert wird, die an die NC-Elektrode angeschlossen sind. Störgeräuschabsorber der TDK YNA-Serie sind somit eine platzsparende und energieeffiziente Lösung.

Antiresonanz-Unterdrückung in Entkopplungsschaltungen

Die YNA-Serie bietet nicht nur eine hervorragende Dämpfung von EMI-Störungen und Spannungsschwingungen in DC/DC-Wandlern, sondern kann auch effektiv gegen Antiresonanzen in Entkopplungsschaltungen eingesetzt werden. Ein einzelner Kondensator ist nicht in der Lage, den gesamten Störfrequenzbereich abzudecken. Entkopplungsschaltungen kombinieren meist mehrere Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitäten, um über ein breiteres Frequenzband eine niedrige Impedanz sicherzustellen und damit die Auswirkungen von Spannungsschwankungen einzugrenzen.

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