X2Y-Kondensatoren als HF-Filter und Entkopplungskondensatoren

Autor / Redakteur: Wilhelm Haßenpflug * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

X2Y-Kondensatoren sind sowohl als HF-Filter als auch als Entkopplungskondensator auf Versorgungsleitungen einsetzbar. Als Filter eingesetzt, verbessern sie die EMV bei elektronischen Geräten.

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Multitalente: X2Y-Kondensatoren sind vielseitig einsetzbar, u.a. als Filter von hochfrequenten Signalen, als Entkopplungskondensatoren auf Versorgungsleitungen.
Multitalente: X2Y-Kondensatoren sind vielseitig einsetzbar, u.a. als Filter von hochfrequenten Signalen, als Entkopplungskondensatoren auf Versorgungsleitungen.
(Bild: Blume)

Der Aufbau eines X2Y-Kondensators besteht aus dem standardmäßigen Aufbau eines SMD-Keramik-Kondensators mit zwei Elektroden (A+B) sowie drei untereinander verbunden angebrachten Abschirmelektroden, die quer zu den ersten beiden Elektroden liegen und beidseitig mit den sich gegenüberliegenden seitlichen Anschlussflächen kontaktiert werden (G1+G2). Somit vereint dieser Kondensator durch die besondere Strukturierung einen X-Kondensator und zwei Y-Kondensatoren (Bild 1). Den so entstandenen Kondensator mit vier Anschlüssen bezeichnet man als X2Y-Kondensator der auf diese Weise gleichermaßen Gleichtaktstörspannungen und Gegentaktstörspannungen unterdrückt.

Zwei symmetrische Y-Kondensatoren von gleichem Wert

X2Y ist eine 3-Knoten-Kondensatorschaltung mit einer äußerst niedrigen Induktivität, bestehend aus zwei symmetrischen Y-Kondensatoren von gleichem Wert. Diese Konfiguration ermöglicht das gleichzeitige Filtern von zwei Signalleitungen (oder positiven und negativen Stromleitungen). Eine spezielle Elektrodengestaltung bietet Breitbandfiltereigenschaften für beide Gegentakt- und Gleichtaktrauschsignale in einem GHz-Band.

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Bei EMI-Immunität und Unterdrückung der Strahlungsemissionen haben sie eine weit größere Wirkung, als die bisher eingesetzten Standard-Keramik-Multilayer-Kondensatoren und Mehrkomponentenfilter. Durch die niedrige Induktivität des X2Y-Kondensators werden die Einfügungsverluste über einen weiten Frequenzbereich stabil gehalten, nicht nur über die geringe Bandbreite der Eigenresonanzfrequenz des Kondensators. Dies bedeutet, dass für einen gegebenen Kapazitätswert und ein entsprechendes Duchlassband die X2Y-Kondensatoren eine weit bessere Hochfrequenzfilterung als Standard-MLCCs (Multilayer Ceramic Capacitors) aufweisen.

Einsatzmöglichkeiten von X2Y-Kondensatoren als EMI-Filter

Im Einsatz als EMI-Filter mit zwei Leitungen kann der X2Y-Kondensator wie folgt eingesetzt werden:

• als Störfestigkeits- bzw. Empfindlichkeitsfilter,

• als Ersatz für Common Mode Chokes,

• als Ersatz für Tiefpass-Filter,

• zur EMI-Filterung am Strom-/Signalkabel I/O zur drastischen Reduzierung der leitungsgebundenen und abgestrahlten Emissionen.

Werden X2Y-Kondensatoren als Entkopplungskondensatoren eingesetzt, können sie so vier bis sieben gleich große MLCCs auf der Leiterplatte ersetzen. Diese EMI-Filter mit einer sehr geringen parasitären Induktivität blockieren ein weites Frequenzspektrum an Störstrahlungen. Die bei Mehrkomponenten-Filterschaltungen auftretende low-noise mode conversion fällt bei den X2Y-Kondensatoren wesentlich niedriger aus. Diese EMI-Filter weisen eine um 17 dB bessere Rauschmodus-Konvertierung als typische Gleichtaktdrosseln auf.

Im Frequenzbereich von 50 MHz bis 3 GHz haben die X2Y-Kondensatoren im Vergleich zu einem herkömmlichen MLCC eine 20:1 bessere Rauschfilterung, was durch die geringere Serieninduktivität hervorgerufen wird.

Weitere Vorteile dieser Technologie sind die Reduktion der Durchkontaktierung um ca. 30% sowie eine Platzersparnis von ca. 40% auf der Leiterplatte. Damit kann ein großer Anteil der Kosten reduziert werden.

X2Y-Kondensatoren gegen EMV-Probleme in DC/DC-Wandlern

Ein weiteres Einsatzgebiet ist das der DC/DC-Wandler. Durch den Einsatz von X2Y-Kondensatoren in DC/DC-Wandlern können EMV-Probleme reduziert und eine drastische Geräuschreduzierung aus einer einzigen Komponente erzielt werden.

Weiter kann die Amplitude durch den Einsatz des X2Y-Kondensators um das 28-fache reduziert und eine harmonische hochfrequente Geräuschreduzierung von 15 bis 30 dB erreicht werden. Die X2Y-Technologie erleichtert die Freigaben zur CE-Prüfung der EMV-Konformität.

Keramik-Kondensatoren in X2Y-Technologie und SMD-Bauweise sind aktuell in den Keramikmassen X7R, X5R und NP0 in den Bauformen 0402 bis 1812 verfügbar. Standardmäßig sind Kapazitäten bis 1 µF und Spannungen von 10 bis 500 V realisierbar. Weitere Varianten sind auf Anfrage möglich.

* Wilhelm Haßenpflug ist Geschäftsführer der Blume Elektronik Distribution GmbH in Bad Salzdetfurth.

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