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12 2024 Elektronik 13 EMV und ESd Wie wählt man die passende Induktivität für die eigene Anwendung aus? Dafür sind unter anderem Kenntnisse über die Unterschiede von drei induktiven SMT-Bauelementen hilfreich der Keramik-Induktivität dem SMT-Ferrit und der drahtbewickelten Ferrit-Induktivität Anhand ihrer elektrischen Eigenschaften eignen sie sich für unterschiedliche Anwendungen und es lassen sich ihre physikalisch bedingten parasitären Eigenschaften sogar schaltungstechnisch als Vorteil nutzen Von Dr Heinz Zenkner Induktive Bauelemente gibt es in zahlreichen Erscheinungsformen Sehr populär sind SMT-Versionen lassen sie sich doch einfach auf Platinen bestücken Doch Induktivität ist nicht gleich Induktivität wie dieser Artikel anhand von drei Vertretern von SMT-Induktivitäten demonstriert Keramik-Induktivität SMT-Ferrit und drahtbewickelte Ferrit-Induktivität Bild 1 zeigt die Impedanzkurven der drei Induktivitäts-Typen im Vergleich ➔ ➔ SMT-Ferrit WE-CBF [1] ➔ ➔ SMT-Induktivität mit Keramikkern »Luftspule« WE-KI [2] ➔ ➔ Drahtwindungen auf Ferr itkern »drahtbewickelter Ferrit« WE-RFI [3] Die Komponenten wurden so gewählt dass sie im Bereich unter ihren Im - pedanzmaxima einen ähnlichen Impedanzverlauf aufweisen Die Unterschiede der Impedanzen zeigen sich im Bereich der Maxima der SMT-Ferrit hat sein Maximum bei der niedrigsten Frequenz der drahtbewickelte Ferrit bei der höchsten Die Keramik-Induktivität hat im Bereich des Impedanzmaximums den steilsten Anstieg und Abfall und somit die höchste Güte Q Elektrische Parameter im Vergleich In Bild 2 sind die elektrischen Parameter der Induktivitäten gegenübergestellt Bei Induktivitäten ohne Ferritkern WE-KI wird in Datenblättern die Induktivität als Wert angegeben hier 560 nH Der Induktivitätswert ist zwar auf eine Messfrequenz bezogen jedoch ist der Wert unterhalb der Resonanzfrequenz über die Frequenz nahezu konstant siehe Datenblatt Genau betrachtet ist der Blindwiderstand der Induktivität nicht ganz linear ansteigend mit der Frequenz Es gibt zwei Effekte die die Impedanz der Luftspule erhöhen die Erhöhung des Blindwiderstandes aufgrund der Lenz´schen Regel und die Erhöhung des Widerstandes durch den Skin-Effekt In der rein induktiven Schaltung ist die Spule direkt an die Versorgungswechselspannung angeschlossen Da die Spannung mit der Frequenz ansteigt und abfällt steigt und fällt auch die selbstinduzierte gegenelektromagnetische Kraft EMK in der Spule in Abhängigkeit von dieser Änderung Es ist bekannt dass diese selbstinduzierte Gegen-EMK direkt proportional zur Änderungsrate des Stroms durch die Spule ist Lenz´sche Regel und deshalb mit der Frequenz ansteigt Somit steigt auch der Blindwiderstand der Induktivität mit der Frequenz dieser Verlauf ist proportional Eine weitere Erhöhung der Impedanz geschieht durch den Skin-Effekt Ein Leiter nutzt bei niedrigen Frequenzen seine gesamte Querschnittsfläche als Transportmedium für Ladungsträger Wenn die Frequenz erhöht wird stellt ein erhöhtes Magnetfeld in Richtung der Mitte des Leiters eine Impedanz für die Ladungsträger dar wodurch die Stromdichte in der Mitte des Leiters abnimmt und die Stromdichte am Rande des Leiters ansteigt Diese erhöhte Stromdichte in der Nähe des Randes des Leiters ist als Skin-Effekt bekannt Der Effekt steigt mit der Frequenz und tritt auch bei allen anderen Induktivitäten mit Ferritkern auf Die Resonanzfrequenz der Induktivität ohne Ferritkern entsteht primär durch die parasitäre Kapazität zwischen den einzelnen Windungen Wann immer zwei Leiter in unmittelbarer Nähe angeordnet aber durch ein Dielektrikum getrennt sind und eine Spannungsdifferenz zwischen beiden existiert bildet sich ein Kondensator Die Kette dieser Windungskapazitäten ist parallel zu der Wicklungsinduktivität geschaltet und bildet so einen Parallelresonanzkreis Zusätzlich ergibt sich eine parasitäre Kapazität zwischen den Anschlüssen Lötpads die parallel zur Windungskapazität liegt Somit erhält man insgesamt als Ersatzschaltung eine parasitäre der Wicklung parallel liegende Gesamtkapazität Die äquivalente Ersatzschaltung ist in Bild 3 oben dargestellt Bei Induktivitäten mit Ferritkern WE-RFI und bei SMT-Ferriten WE-CBF ist im Datenblatt nicht ein Induktivitätswert sondern eine Impedanz bei einer Messfrequenz angegeben Es zeigt sich auch dass der SMT-Ferrit die höchste Toleranz hat die Induktivität ohne Ferrit hat die geringste Toleranz Da die Induktivität WE-KI keinen Ferritkern hat benötigt sie für die gleiche Impedanz mehr Drahtwindungen als die Komponenten mit Ferrit deshalb hat die WE-KI auch den größten Drahtwiderstand R DC Sowohl bei der WE-KI als auch bei der WE-RFI wird ein Q-Faktor d h ein Gütefaktor angegeben bei der WE-CBF