Ich habe den Trafo und Gleichrichter (Siemens B80/C900), an dem ich meine vorherigen Messungen der Spikes gemacht hatte, nochmal hervorgeholt.
Ich wollte wissen, welche Streuinduktivität mein Trafo hat. Ohne zusätzliche zusätzliche, seriell ohne magnetische Kopplung eingefügte Zusatzinduktivität waren die Spikes mit dem verwendeten (relativ schlechten) Siemens-Brückengleichrichter und diesem Trafo nur gerade noch erkennbar, wenn man ganz genau hingeschaut hat.
Die Streuinduktivität meines Trafos habe ich zu 106 µH gemessen.
Wie gemessen?
Dafür misst man am Trafo zunächst die Induktivität der Sekundärwicklung, wobei die Primärwicklung offen ist, (Lsek, prim.offen).
Dann misst man die Induktivität der Sekundärwicklung nochmals, wobei die Anschlüsse der Primärwicklung miteinander verlötet sind. Man misst in dem Fall eine viel kleinere Induktivität (Lsek, prim. geschlossen).
Die Streuinduktivität sekundärseitig berechnet sich daraus folgendermassen:
1. Kopplungsfaktor k
k = sqrt [1 - (Lsek, prim. geschlossen) / (Lsek, prim. offen)]
Für meinen Trafo habe ich k = 0,995 erhalten.
2. Streuinduktivität LL (L leakage)
LL = (1-k) x (Lsek, prim. offen)
Für meinen Trafo habe ich LL = 106 µH erhalten
3. Zusatzinduktivität als zusätzliche Streuinduktivität
Dafür habe ich eine Ringkerninduktivität, die mit 150 µH / max 3 A angegeben ist, verwendet.
Diese Daten stehen auf dem Etikett der Verpackung, aber ohne Angabe der Bezugsfrequenz. Das Kernmaterial wird eine frequenzabhängige Permeabilität aufweisen. Vermutlich gilt die Angabe bei 1 MHz oder 10 MHz.
Es hat sich aber herausgestellt, dass die tatsächliche Induktivität dieser Ringkernspule bei der hier massgeblichen vergleichsweise kleinen Netz-Frequenz deutlich grösser ist. Bei 100 Hz habe ich 240 µH gemessen, bei 100 kHz 255 µH. Ich verwende den bei 100 Hz gemessenen Wert. die Frequenz ist nahe genug an 100 Hz; bei 50 Hz kann ich leider nicht messen.
Demnach ist die Zusatzstreuinduktivität bei meinem früheren Experiment (Spikes mit verschiedenen Dioden) statt der dort genannten 150 µH tatsächlich 240 µH gewesen.
Zusammen mit den 106 µH Streuinduktivität des Trafos alleine, sind es mit der Zusatzinduktivität also 106 µH + 240 µH = 346 µH.
Damit kann man etwas anfangen, wenn man später mal Trafos einordnen möchte, ob diese Spikes in nennenswerter Größe überhaupt mit "normalen Dioden" am Trafoausgang zu erwarten sind:
a) bei < und << 100 µH kaum oder nicht (< 0.5 V spitze)
b) bei ~ 100 µH gerade erkennbar (0,5 V - 2 V spitze)
c) bei ca. >/= 300 µH deutlich (>5 bis ggf. über 10 V spitze)
Die nächste Frage, die sich stellt, ist die, ob in den drei Fällen eine deutlich messbare EMI Abstrahlung von der Leitungsführung von Trafo zum Gleichrichter erfolgt.
scope hatte bereits angestoßen, ob man etwas und wie deutlich man die abgestrahlte Störung mit Nahfeldsonden messen könnte.
Das hat mich nun auch interessiert.
Mein Trafo/Gleichrichter erzeugt ja ohne Zusatzinduktivität den oben genannten Fall b); mit Zusatzinduktivität den genannten Fall c).
Für diese beiden Fälle kann ich eine beschränkt gültige Aussage machen. Nur beschränkt gültig deshalb, weil ich mit Messmitteln und Messbedingungen improvisieren muss, die weder von der Empfindlichkeit noch der Genauigkeit her hohen Ansprüchen gerecht werden, aber m.E. trotzdem eine (halb)qualitative Aussage ermöglichen.
Fall b)
Siemens Gleichrichter, Trafo ohne Zusatzinduktivität, Streuinduktivität LL = 106 µH, Spikes gerade erkennbar (1-2 v spitze):
Gemessen mit Nahfeld E-Sonde (sondiert elektrisches Feld), direkt auf der Trafoleitung zum Gleichrichter plaziert. Oszilloskop im FFT (Spektrumanalyse-Modus, horizontal 1 Div = 200 kHz, x-Achse von 0 kHz bis 2 MHz. Y-Achse in dBV von -120 dBV bis -40 dBV, 1 Div = 10 dB (0 dBV = 1 V rms)
Ich kann in diesem Fall keine Abstrahlung sicher nachweisen. Sie ist jedenfalls so gering, dass ich keinen nennenwerten Unterschied sehe, wenn ich die Sonde von der Trafo-Gleichrichter-Leitung weiter entferne. Der Fall b) überfordert also meine Messmöglichkeiten oder markiert wenigstens dessen Grenze. Mit Phantasie ist vielleicht um 500 kHz ein Buckel zu sehen, der eine Abstrahlung vermuten lassen könnte - ist aber unsicher.
Fall c)
Siemens Gleichrichter, Trafo mit 240 µH Zusatz-Streuinduktivität, LLges = 346 µH, Spikes stark (ca. 10 V spitze)
Der gespreizte Spike zeigt als Haupt-Frequenzkomponente 215 kHz (Marker).
EMI-Abstrahlung gemessen mit Nahfeld-E-Sonde ebenso wie vorstehend.
In diesem Fall ist eine Abstrahlung deutlich erkennbar, mit einem Maximum bei etwas über 200 kHz. Der Pegel ist gegenüber Fall a) stark, um bis zu 30 dB, angehoben. Wenn ich die Sonde von der Leitung des sek. Trafoausgangs zum Gleichrichter entferne, geht der Pegel zurück, die Form des FFT-Zugs bleibt dabei weitgehend bestehen. Auch in ca. 10 cm Entfernung kann ich, in alle Richtungen, die Abstrahlung so nachweisen. Ab ca. 15 cm Entfernung kann ich dann das Feld nicht mehr nachweisen, das FFT wird dann zu dem, wie ich es im Fall a) gemessen hatte.
Fall c) + Snubber am Trafoausgang
Wenn die Messung des Falls b) relevant sein soll, muss bei Verwendung eines Snubbers am Trafoausgang die EMI-Abstrahlung verschwinden oder ganz erheblich zurückgehen, da damit die Amplitude des Spikes stark vermindert oder praktisch ganz entfernt wird. Das ist auch eine Bestätigung, dass die im Fall b) gemessene Abstrahlung vom Spike herrührt und nicht etwa auf die Strompulse der Ladung des Ladeelkos oder andere Effekte zurückzuführen ist, die der Snubber am Trafoausgang ja nicht beeinflusst.
Der Snubber wurde hier willkürlich gewählt mit R = 22 Ohm + C = 0,1 µF in Serie zwischen den Trafoausgängen. Er ist sehr wirksam aber nicht ganz perfekt dimensioniert.
Tatsächlich sind die ehemals starken Spikes bei 240 µH Zusatz-Streuinduktivität nun mit Snubber fast verschwunden, sind gerade nur noch so stark, wie mit der Trafo-eigenen Streuinduktivität von 106 µH alleine (= Fall b).
Und wie schon erwartet, ist das Feld nun so schwach, dass ich es mit der Nahfeld-E-Sonde auf der Leitung nicht mehr nachweisen kann.
Ergebnis: Der Snubber macht aus Fall c) den Fall b) (oder sogar a).
Diese Messungen zeigen die EMI Abstrahlung im Radius bis wenigstens 10 cm, wenn solch starke Spikes aufgrund hoher Streuinduktivität des Trafos vorhanden sind. "Starke Streuinduktivität" ist jetzt auch ungefähr quantitativ eingeordnet, nämlich in meiner Notation LL von ca. 300 µH oder mehr.
Ob die Stör-Abstrahlung aber auch eine hörbare Wirkung entfaltet, also das Audiosignal letztlich nennenswert beeinflussen kann, ist damit nicht beantwortet, denn ob und ggf. wie stark das Störfeld einen Schaltungsbereich beeinflussen kann, hängt von so viel mehr ab, natürlich u.a. vom Abstand zum Emissionsort, aber auch vom Schaltungslayout und anderen Dingen.
Vielleicht ist das Vorstehende aber ein kleiner Schritt in Richtung quantitativer Einordnung.
Wird übrigens im Snubber der Widerstand weggelassen, kann die HF-Schwingungsenergie nicht effektiv in Wärme umgewandelt werden aber die die Schwingungsfrequenz wird durch die der Wicklung parallel liegende Kapazität des Kondensators stark verringert, so dass damit die Abstrahlung als HF nicht mehr effektiv möglich ist. Mit dem Oszilloskop sieht man noch das Trafoklingeln (Ringing), aber jetzt im NF-Bereich von typisch ca. 20 - 50 kHz.
Natürlich hat auch die Zusatz-Streuinduktivität in diesen Versuchen die Stör-Frequenz erheblich vermindert (auf etwas über 200 kHz) - aus gleichem Grund. Daher muss damit gerechnet werden, dass die Abstrahlung bei ca. 800 kHz oder mehr erfolgt (mit ungefähr solcher Frequenz ist zu rechnen, wenn die Streuinduktivität des Trafos </= 100 µH ist) und - da höhere Frequenz - effizienter ist, als in meinem Test hier mit der 240 µH Zusatzinduktivität. Die Empfindlichkeit für die Feldmessung, die ich mit meinen einfachen Mitteln erreichen kann, reicht aber nicht aus, um das besser, empfindlicher und genauer anzugehen.
Gruß
Reinhard