Drossel (Elektronik)
08. September 2018|
Ansicht:1653Drossel (Elektronik)
Aus Wikipedia, der freien EnzyklopädieFür andere Verwendungszwecke sieheChoke (Begriffsklärung).
Eine Drossel mit zwei 20 mH-Wicklungen und einer Nennleistung von 2 A
InElektronik, ADrosselist einInduktorwird verwendet, um höherfrequenteWechselstrom(AC) in einemStromkreis, während niederfrequente oderGleichstrom(DC). Eine Drossel besteht üblicherweise aus einemSpuleaus isoliertem Draht, oft auf eineMagnetkern, obwohl einige aus einer ringförmigen "Perle" aus Ferritmaterial bestehen, die auf einem Draht aufgereiht ist. Die DrosselImpedanzsteigt mit der Frequenz. Sein niedrigerelektrischer Widerstandleitet sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom mit geringem Leistungsverlust weiter, aber seineReaktanzbegrenzt die Menge des durchgelassenen Wechselstroms.
Der Name kommt vom Blockieren – „Drosseln“ – hoher Frequenzen, während niedrige Frequenzen durchgelassen werden. Es ist ein funktionaler Name; der Name „Drossel“ wird verwendet, wenn eine Induktivität zum Blockieren oder Entkoppeln höherer Frequenzen verwendet wird, wird aber einfach „Induktivität“ genannt, wenn sie inelektronische Filteroderabgestimmte Schaltkreise. Induktivitäten, die als Drosseln verwendet werden sollen, zeichnen sich in der Regel dadurch aus, dass sie nicht über die verlustarme Konstruktion (hoheQ-Faktor) erforderlich in Induktoren, die in abgestimmten Schaltkreisen und Filteranwendungen verwendet werden.
Inhalt
Typen und Konstruktion[bearbeiten]
EinMFoderHF-RadioDrossel für Zehntel Ampere und eineFerritperleUKWDrossel für mehrere Ampere.
AFerrit-Perlendrossel, bestehend aus einem Ferritzylinder, der ein Computernetzkabel umgibt, um elektronisches Rauschen zu blockieren.
Drosseln werden in zwei große Klassen unterteilt:
Audiofrequenzdrosseln (AFC) – entwickelt zum BlockierenAudio-und Netzfrequenzen, während Gleichstrom durchgelassen wird
Hochfrequenzdrosseln (RFC) – entwickelt, um zu blockierenRadiofrequenzenwährend Audio und DC durchgelassen werden.
Tonfrequenzdrosseln[bearbeiten]
Tonfrequenzdrosseln (AFC) verfügen üblicherweise über ferromagnetische Kerne zur Erhöhung ihrer Induktivität. Sie sind oft ähnlich wie Transformatoren aufgebaut, mit laminierten Eisenkernen und einem Luftspalt. Der Eisenkern trägt zur Verbesserung der Induktivität bei.[1]In der Vergangenheit wurden sie hauptsächlich in Leistungsgleichrichtern und Gleichstrommotorsteuerungen zur Erzeugung von Gleichstrom (DC) eingesetzt. Dort wurden sie in Verbindung mit großen Elektrolytkondensatoren verwendet, um die Spannungswelligkeit (AC) am DC-Ausgang zu beseitigen. Eine Gleichrichterschaltung, die für einen Drosselfilter ausgelegt ist, kann zu viel Gleichspannung am Ausgang erzeugen und den Gleichrichter und die Filterkondensatoren übermäßigen Einschalt- und Welligkeitsströmen aussetzen, wenn die Induktivität entfernt wird. Moderne Elektrolytkondensatoren mit hohen Welligkeitsstromwerten undSpannungsreglerdie mehr Welligkeit der Stromversorgung entfernen als Drosseln, haben schwere, sperrige Drosseln aus Netzfrequenz-Stromversorgungen eliminiert. Kleinere Drosseln werden inSchaltnetzteileum die höherfrequenten Schalttransienten vom Ausgang und manchmal auch von der Rückspeisung in den Netzeingang zu entfernen. Sie haben oft ringförmige Ferritkerne.
MancheHeimwerkenCar-Audio-Bastler verwenden Drosselspulen mit Car-Audio-Systemen (insbesondere in der Verkabelung für einSubwoofer, um hohe Frequenzen aus dem verstärkten Signal zu entfernen).
Hochfrequenzdrosseln[bearbeiten]
Hochfrequenzdrosseln (RFC) enthalten oft Eisenpulver oderFerritKerne, was die Induktivität und den Gesamtbetrieb erhöht.[1]Sie sind oft in komplexen Mustern gewickelt (Korbwicklung) zu reduzierenEigenkapazitätUndNahbesprechungseffektVerluste. Drosseln für noch höhere Frequenzen haben nichtmagnetische Kerne und eine geringe Induktivität.
Eine moderne Form der Drossel zur Beseitigung von digitalem HF-Rauschen aus Leitungen ist dieFerritperle, ein zylindrischer oder torusförmiger Ferritkern, der über einen Draht geschoben wird. Diese sind häufig bei Computerkabeln zu sehen. Ein typischer HF-Drosselwert könnte 2 MilliHenrys.
Gleichtaktdrosseln (CM)[bearbeiten]
Eine typische Gleichtaktdrosselkonfiguration. Die Gleichtaktströme I1 und I2 fließen in die gleiche Richtung durch die Drosselwicklungen und erzeugen gleichphasige Magnetfelder, die sich addieren. Dadurch stellt die Drossel eine hohe Impedanz für das Gleichtaktsignal dar.[2]
Die Gleichtaktdrossel, bei der zwei Spulen auf einen einzigen Kern gewickelt sind, ist nützlich zur Unterdrückung vonelektromagnetische Störungen(EMI) undHochfrequenzstörungen(RFI) vonStromversorgungLeitungen und zur Vermeidung von Fehlfunktionen von Leistungselektronikgeräten. Es lässt Differenzströme (gleich, aber entgegengesetzt) durch und blockiert Gleichtaktströme.[3]Die durch Gegentaktströme (DM) im Kern erzeugten magnetischen Flüsse heben sich aufgrund der negativen Kopplung der Wicklungen gegenseitig auf. Daher weist die Drossel für DM-Ströme nur eine geringe Induktivität oder Impedanz auf. Dies bedeutet normalerweise auch, dass der Kern bei hohen DM-Strömen nicht in die Sättigung geht und die maximale Stromstärke stattdessen durch die Erwärmung des Wicklungswiderstands bestimmt wird. Die CM-Ströme erfahren jedoch aufgrund der kombinierten Induktivität der positiv gekoppelten Wicklungen eine hohe Impedanz.
CM-Drosseln werden häufig in industriellen, elektrischen und Telekommunikationsanwendungen verwendet, um Rauschen und damit verbundene elektromagnetische Störungen zu entfernen oder zu verringern.[4]
CM-Drossel mit DM-Strom
Reduzierung der Emission von Magnetfeldern in der Nähe[bearbeiten]
Wenn die Gleichstromdrossel Gleichstromstrom leitet, wird der größte Teil des von den Wicklungen erzeugten magnetischen Flusses aufgrund der hohen Permeabilität im Induktorkern eingeschlossen. In diesem Fall ist der Streufluss, der auch die magnetische Nahfeldemission der Gleichstromdrossel darstellt, gering. Der durch die Wicklungen fließende Gleichstromstrom erzeugt jedoch ein hohes emittiertes magnetisches Nahfeld, da die Wicklungen in diesem Fall negativ gekoppelt sind. Um die magnetische Nahfeldemission zu reduzieren, kann die Gleichstromdrossel mit einer verdrillten Wicklungsstruktur versehen werden.
Eine symmetrische CM-Drossel mit verdrillten Wicklungen
Der Prototyp der symmetrischen CM-Drossel mit verdrillter Wicklung
Der Unterschied zwischen der symmetrischen Gleichstromdrossel mit verdrillten Wicklungen und der konventionellen symmetrischen Gleichstromdrossel mit zwei Wicklungen besteht darin, dass die Wicklungen in der Mitte des offenen Kernfensters interagieren. Bei Gleichstromfluss kann die symmetrische Gleichstromdrossel mit verdrillten Wicklungen die gleiche Gleichstrominduktivität wie die konventionelle Gleichstromdrossel bieten. Bei Gleichstromfluss erzeugen die äquivalenten Stromschleifen im Raum Magnetfelder mit entgegengesetzter Richtung, sodass sie sich gegenseitig aufheben.
Die äquivalenten Stromschleifen und die erzeugten Magnetfelder
Messung der Emission magnetischer Felder im Nahbereich[bearbeiten]
Wir müssen einen Strom zur Induktivität leiten und mit einer Sonde die Nahfeldemission messen. Zunächst wird ein Signalgenerator, der als Spannungsquelle dient, an einen Verstärker angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers wird dann mit der zu messenden Induktivität verbunden. Um den durch die Induktivität fließenden Strom zu überwachen und zu steuern, wird eine Stromzange um den Leitungsdraht gelegt. Anschließend wird ein Oszilloskop an die Stromzange angeschlossen, um die Stromwellenform zu messen. Anschließend wird mit einer Sonde der Fluss in der Luft gemessen. Ein weiterer Spektrumanalysator wird an die Sonde angeschlossen, um die Daten zu erfassen.
Messversuchsaufbau
https://en.wikipedia.org/wiki/Choke_(electronics)
