Einfache DIY-EMI-Filter

Inspiriert durch die EMI-Probleme eines Elektor-Lesers, der bei der Verwendung eines Schaltnetzteils für LED-Leuchten enorme RFI bekam, testete ich das Netzteil und stellte fest, dass ein einfaches Pi-Filter am Ausgang die RFI um mehr als 20 dB reduzieren würde (typischerweise 40 dB ≥ 200 kHz). eBay bot eine billige Lösung, aber billig ist selten gut, also musste ich es selber entwickeln.

Hintergrund

Nachdem ich über EMI-Filter nachgedacht hatte, bestellte ich einen billigen EMI-Filter, den man bei eBay für weniger als 5 Dollar für Platine (Bild 1) und Bauteilen kaufen kann! Da ich das Netzteil mit diesem Filter testen wollte, wäre dies eine schnelle und einfache Lösung, die ausreichend sein sollte. Es wäre ein guter Rat, einen solchen Filter zu verwenden, um ein "normales" Schaltnetzteil zu einer EMI-freien (oder EMI-armen) Version aufzurüsten - wenn es denn funktionieren würde.

Gefahr

Sobald dieser Filter ankam, konnte ich sehen, dass die Platine zwar schön war, aber der Hersteller sich überhaupt nicht um die notwendigen Sicherheitsabstände gekümmert hat. Wie man in Bild 2 sehen kann, gibt es einen Abstand von etwa 0,5 mm zwischen den Leiterbahnen für die Netzspannung und der Schutzerde (PE). Ich habe mich nicht getraut, die Platine zu bestücken und dann darauf zu warten, dass sie defekt wird oder etwas noch Gefährlicheres. Mein Traum von einer schnellen, preiswerten Lösung blieb ein Traum.

"Wenn man etwas richtig machen will, muss man es selber machen!" Das war mein erster Gedanke nach dieser Enttäuschung. Andererseits ist ein EMI-Filter kein Hexenwerk. Er basiert auf einer einfachen Grundschaltung. Ich habe schnell zwei Platinen für zwei verschiedene Versionen eines EMI-Filters entworfen.

Zwei Filter

Der erste ist nicht nur einfach, sondern auch ein Output-Filter, der für das genannten Netzteil (und ähnliche) verwendet werden kann. Der zweite ist ebenfalls einfach, aber er ist in der Lage, die bidirektionale Filterung zu übernehmen, die typischerweise am Netzeingang eines elektronischen Geräts verwendet wird. Störungen vom Netz zum Gerät wird ebenso blockiert wie umgekehrt vom Gerät zum Netz.

Bild 3 zeigt, dass das Output-Filter wirklich einfach ist. Eine Gleichtaktdrossel (L1), gefolgt von einem Kondensator (C1) zwischen L und N, gefolgt von zwei Kondensatoren zwischen L und PE (C2) sowie zwischen PE und N (C3), sind alles, was man in einfacheren Fällen braucht. R1 und R2 entladen die Kondensatoren und verhindern Stromschläge. Diese Art von Filter ist geeignet, um zu unterbinden, dass höhere Frequenzen die am Ausgang angeschlossenen Leitungen erreichen, wie bei einem Schaltnetzteil oder einem digitalen Verstärker.

Bild 4 ist die "komplexere" Universalausführung. Im Vergleich zu Bild 3 befinden sich am Eingang ebenfalls Kondensatoren. Daher wird verhindert, dass hohe Frequenzen aus beiden Richtungen auf die anderen Seiten gelangen. Angeschlossen an den Eingang (auch an den Netzeingang) eines elektronischen Geräts, verhindert dieser universelle EMI-Filter, dass Störungen das Gerät erreichen und dass das Gerät selbst Störungen verbreitet.

Leiterplatte & Drossel

Die in dieser Art von Schaltungen verwendete Induktivität ist eine Gleichtaktdrossel. Diese Filter bilden da keine Ausnahme. Die gewählte Drossel ist ein Multicomp Bauteil und kann Dauerwechselströmen von bis zu 6 A standhalten. Das macht die Filter für die meisten Anwendungen geeignet. Sie können aber auch eine Drossel anderer Marke verwenden. Die beiden Platinen (Bild 5 und Bild 6) haben mehrere verschiedene Löcher, die zu vielen verschiedenen Gleichtaktdrosseln passen. Ein extra Layout für den Ausgangsfilter ist sinnvoll, obwohl im Vergleich zum Universalfilter nur drei Kondensatoren fehlen, denn so kann die Platine kleiner ausfallen. Die Layout-Dateien im Eagle-Format können auf der website des Artikels heruntergeladen werden.

Bei Verwendung dieser Filter an Netzspannung sollte die Isolationsspannung der Drossel besser als 1 kV sein und die Kondensatoren sollten Folienkondensatoren für Netzspannung (250 VAC in Europa) sein. Diese Anforderungen gelten natürlich nicht, wenn das Ausgangsfilter z. B. hinter einem Verstärkerausgang oder hinter einem der sogenannten "Elektronischen Transformatoren" für 12 V angeschlossen ist.

Dieser Artikel erschien zuerst in der Sommerausgabe 2022 des Elektor Mag. Das Elektor Schaltung Spezial 2023 wird voraussichtlich im August 2023 erscheinen.