TDK stellt kompakte 1250-V-Gleichtaktdrosseln für Hochspannungs-Gleichstromwandler vor

TDK hat die Serie B82722V6*B040 stromkompensierter Hochspannungs-Ringkern-Doppeldrosseln für DC-Busspannungen bis 1250 V (630 V AC) in kompakter Leistungselektronik eingeführt.

Die Hochspannungs-Gleichtaktdrosselkomponenten richten sich an Leistungswandler, industrielle Motorantriebe und Schaltnetzteile, die zunehmend SiC- und GaN-Leistungshalbleiter verwenden und mit erhöhten DC-Busspannungen arbeiten, bei denen EMI-Unterdrückung, Isolationskoordination und Leiterplattenplatz entscheidende Designbeschränkungen sind.

Hauptfunktionen und Vorteile

Die Serie ist so konzipiert, dass sie eine sehr hohe Spannungsfähigkeit mit einer kleinen vertikalen Grundfläche kombiniert und so die Realisierung von Hochspannungsarchitekturen ohne Vergrößerung der Filterfläche erleichtert.

• Spannung und Isolierung
  • In erster Linie für Gleichspannungen bis 1250 V und 630 V Wechselstrom bei 50/60 Hz ausgelegt.
  • Verwendet eine mehrschichtige Feststoffisolierung und wird bei 3.750 V Leitung zu Leitung für eine robuste elektrische Isolierung in Hochspannungssystemen getestet.
• Kompaktes mechanisches Design
  • Jede Drossel misst etwa 23 × 15,5 × 24 mm (L × B × H) in einem vertikalen Durchgangslochgehäuse.
  • Die Ringkern-Doppeldrosselstruktur und der Kunststoff-Header sorgen für mechanische Stabilität und halten gleichzeitig den PCB-Footprint klein.
• Elektrische Reichweite
  • Nenninduktivitätsoptionen von 3,3 mH bis 22 mH mit einer Toleranz von −30/+50 %.
  • Nennströme von 0,85 A bis 3,0 A bei +70 °C, was einen Kompromiss zwischen Dämpfung und Strombelastbarkeit ermöglicht.
• EMI-Leistung
  • Eine spezielle automatisierte Wickeltechnik sorgt für hohe Resonanzfrequenzeigenschaften, was für Wandler mit schnellen Flanken von SiC/GaN-Schaltern wichtig ist.
  • Die typische Streuinduktivität beträgt etwa 0,6 % der Nenninduktivität, was eine gewisse Impedanz im symmetrischen Modus (Differentialmodus) ergibt, während die Hauptfunktion auf der Unterdrückung des Gleichtakts konzentriert bleibt.
• Sicherheit und Compliance
  • Epoxidbeschichteter Ferritkern und UL 94 V-0-konformer Kunststoffsockel sorgen für Brandschutz und Robustheit.
  • Das Design erfüllt die Anforderungen von IEC 60938-2 und IEC/UL 60939-3 für EMI-Drosseln und -Filter und ist RoHS-kompatibel.
  • Komponenten sind für das Wellenlöten geeignet und passen auf Standard-THT-Produktionslinien.

Für Konstrukteure ergibt sich daraus eine gebrauchsfertige Hochspannungs-Gleichtaktdrossel, die klein genug für dichte Anordnungen ist, aber dennoch klare Isolations- und Prüfpegel aufweist. Für Käufer vereinfacht der einheitliche Formfaktor über mehrere elektrische Varianten hinweg die Bevorratung und Zweitbeschaffung innerhalb derselben Serie.

Typische Anwendungen

TDK nennt explizit die Unterdrückung von Gleichtaktstörungen, kompakte Schaltmodusanwendungen und Frequenzumrichter als Hauptanwendungen für die Serie B82722V6*B040. In der Praxis führt dies zu mehreren konkreten Anwendungsfällen.

In Hochspannungs-DC/DC- und AC/DC-Wandlern, insbesondere solchen mit DC-Zwischenverbindungen um 800–1250 V, können diese Drosseln als Teil des Eingangs- oder Ausgangs-EMI-Filters in den DC-Busleitungen platziert werden. Sie tragen dazu bei, Gleichtaktrauschen zu reduzieren, das in das Netz zurückfließt oder in empfindliche Steuerschaltkreise einkoppelt, was besonders wichtig ist, wenn SiC- oder GaN-Leistungsstufen steile du/dt-Übergänge erzeugen.

In industriellen Motorantrieben und Frequenzumrichtern können die Drosseln auf der Wechselrichterseite oder in der Nähe des Zwischenkreises eingesetzt werden, um Gleichtaktströme zu begrenzen, die andernfalls zu unerwünschten Emissionen, Leckströmen oder zusätzlicher Belastung der Motorisolierung und Kabelsysteme führen würden. Das kompakte vertikale Format ist in überfüllten Laufwerksschränken von Vorteil, in denen die Platinenfläche knapp ist, aber ein paar zusätzliche Millimeter Höhe akzeptabel sind.

In kompakten SMPS für Industrie-, Telekommunikations- oder Serverstrom ermöglicht die Kombination aus hoher Busspannungsfähigkeit, geringem Platzbedarf und Hochfrequenzverhalten, dass die Drosseln neben X-Kondensatoren, Y-Kondensatoren und optionalen Differenzialmodus-Drosseln als zentrales Gleichtaktelement in einem mehrstufigen EMI-Filter dienen.

Technische Highlights

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten elektrischen Daten für die sechs Mitglieder der B82722V6*B040-Familie zusammen.

Bestellcode Nennstrom bei +70 °C (A) Nennalinduktivität (mH, −30/+50 %) Streuinduktivität typ. (µH) DC-Widerstand typ. (mΩ) B82722V6851B0400.8522130550B82722V6112B0401.11592320B82722V6152B0401.5106118 8B82722V6202B0402.06.840115B82722V6252B0402.54.72876B82722V6302B0403.03.32053

Wenn die Strombelastbarkeit von 0,85 A auf 3,0 A steigt, sinkt die Nenninduktivität von 22 mH auf 3,3 mH, zusammen mit einer Verringerung des Gleichstromwiderstands. Dies ist der typische Kompromiss bei stromkompensierten Drosseln:Geräte mit höherem Strom bieten eine geringere Impedanz, aber geringere Verluste und einen höheren thermischen Spielraum; Geräte mit niedrigerem Strom bieten eine höhere Impedanz, müssen jedoch weniger Strom führen. Die Streuinduktivitätswerte bestätigen erneut das Verhältnis von etwa 0,6 % zur Nenninduktivität in der gesamten Serie.

Mechanisch verfügen alle Varianten über denselben vertikalen, epoxidbeschichteten Ringkern mit Kunststoffsockel, was das PCB-Design vereinfacht, da ein Footprint alle sechs elektrischen Optionen unterstützt. Die Drosseln sind für das Wellenlöten vorgesehen, was in Leistungselektronikbaugruppen, die große Kondensatoren, Transformatoren und andere Durchgangslochkomponenten verwenden, immer noch üblich ist.

Design-in-Hinweise für Ingenieure

Für das praktische Design-in ist es oft hilfreich, im Hinblick auf Filterleistung, thermische Grenzen sowie Layout und Sicherheit zu denken. Die folgenden Punkte fassen die wichtigsten Aspekte für jeden dieser Bereiche zusammen.

• Die richtige Variante wählen
  • Beginnen Sie mit der erforderlichen Gleichtaktimpedanz bei den vorherrschenden Störfrequenzen und wählen Sie dann einen Induktivitätswert aus, der selbst bei der Toleranzgrenze von −30 % ausreichend Spielraum bietet.
  • Passen Sie den Nennstrom bei +70 °C an den ungünstigsten Effektivstrom in Ihren Leitungen an, einschließlich erwarteter Überlastungen und Umgebungstemperaturbedingungen.
  • Verwenden Sie Teile mit höherer Induktivität und niedrigerem Strom, wenn die Dämpfung kritisch ist und die Ströme gering sind. Verwenden Sie Typen mit geringerer Induktivität und höherem Strom, wenn Leitungsverluste und Temperaturanstieg dominieren.
• EMI-Verhalten und Interaktion mit dem Rest des Filters
  • Die hohe Resonanzfrequenz der Wicklungsstruktur ist bei SiC/GaN-basierten Konvertern mit erheblichem Hochfrequenzanteil von Vorteil, bedeutet aber auch, dass die Interaktion mit Y-Kondensatoren, X-Kondensatoren und Snubbern überprüft werden sollte, um unerwünschte Resonanzen zu vermeiden.
  • Die ca. Eine Streuinduktivität von 0,6 % fügt eine kleine Differenzmoduskomponente hinzu, die jedoch ungleich Null ist. Bei einfachen Filtern ist dies oft von Vorteil, bei engen Designs sollte es jedoch in Simulationen oder Berechnungen einbezogen werden.
• Thermische und mechanische Überlegungen
  • Stellen Sie sicher, dass die Kupferverluste (I²R) und alle zusätzlichen Verluste durch Hochfrequenzströme über den gesamten Betriebstemperaturbereich innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben.
  • Stellen Sie sicher, dass ausreichend vertikaler Abstand vorhanden ist, und ziehen Sie eine mechanische Befestigung in Betracht, wenn das System Vibrationen ausgesetzt ist, auch wenn der epoxidbeschichtete Kern und der Kunststoffkopf bereits für eine robuste Konstruktion sorgen.
• Layout, Sicherheit und Standards
  • Platzieren Sie die Drossel nahe am Ein-/Austrittspunkt des Rauschens (z. B. in der Nähe von Steckverbindern oder Zwischenkreisknoten) und verlegen Sie die beiden Leitungen als enges Paar vor und nach dem Kern, um die Schleifenfläche zu minimieren.
  • Halten Sie empfindliche Signalspuren von der Drossel fern, um unerwünschte Kopplungen zu vermeiden.
  • Validieren Sie Kriech- und Luftstrecken um die Pins und zwischen isolierten Domänen gemäß der relevanten Gerätenorm, indem Sie den 3.750-V-Leiter-zu-Leiter-Testpegel und die Klassifizierungen IEC 60938-2 / IEC/UL 60939-3 als Eingabe von der Komponentenseite verwenden.

Insgesamt bietet die B82722V6*B040-Serie eine einfache Möglichkeit, Hochspannungs-Gleichtaktfilter in kompakten Leistungswandlern zu implementieren, insbesondere wenn SiC und GaN-Schalter fordern eine robustere EMI-Kontrolle, ohne Platz auf der Platine zu opfern.

Quelle

Dieser Artikel basiert auf der offiziellen Pressemitteilung von TDK Electronics für die Hochspannungs-Gleichtaktdrosselserie B82722V6*B040 und den zugehörigen technischen Informationen auf der Website von TDK Electronics, mit zusätzlichen unabhängigen Kommentaren zur Unterstützung des Design-Ins und der Komponentenauswahl für Hochspannungswandler- und Antriebsanwendungen.

Referenzen

1. TDK-Pressemitteilung – Kompakte 1250-V-DC-Wandlerdesigns mit einer neuen Hochspannungs-Gleichtaktdrossel
2. TDK-Produktkategorie – Netzdrosseln
3. Pressemitteilung PDF – technische Details