Parasitäre Induktivität

Hier ein paar Fragen die mit dem Thema „parasitäre Induktivität“ zusammenhängen könnten:

  • Warum blockt mein Kondensator bei hohen Frequenzen die Störungen nicht gut ab?
  • Woher kommen die Stör-Resonanzen bei der EMV-Messung?
  • Warum bricht meine Versorgungsspannung bei schnellen Lastwechseln zusammen?
  • Wieso schwingt meine Schaltung?
  • Wieso hat mein niederohmiger Widerstand bei hohen Frequenzen einen so hohen Wert?
  • Warum gibt es so starke Schalt-Schwingungen bei meinem Netzteil-Aufbau.
  • Weshalb sendet meine Schaltungen hochfrequente Störungen aus?
  • Wie viele Kondensatoren sollte ich parallel schalten um hohe Frequenzen abzublocken?

Unerwünschte Induktivität durch Layout-Aufbau

Bauelemente werden durch Leitungen verbunden. Diese haben einen Kapazität- und eben auch einen Induktivitäsbelag. Ja nachdem wie weit der Rückleiter entfernt ist und wie die Dimensionen der Leitung sind überwiegt ab einer gewissen Frequenz die Induktivität. Deshalb kannst du die Leitung in einem weiten Frequenzbereich als parasitäre Induktivität annähern. Die nächsten zwei Bilder zeigen einen Versuchsaufbau für die Abblockung mit drei Kondensatoren. Dabei wurden drei Kondensatoren einmal nah beieinander und einmal mit 11 mm Entfernung voneinander aufgebaut. Der Widerstand zwischen dem mittleren und linken Kondensator im Bild zweiten Bild ist dabei 0 Ohm.

Kondensatoren nah beieinander
Kondensatoren nah beieinander
Kondensatoren 11mm voneinander entfernt
Kondensatoren 11 mm voneinander entfernt

Die nächste Abbildung zeigt jetzt den Impedanzverlauf von Simulation und Messung sowohl für den großen als auch für den kleinen Kondensatorabstand.

Die rote Linie zeigt die Serienresonanzfrequenz der Kondensatoren. Durch die nahe Platzierung wirken diese wie ein Kondensator und die parasitäre Induktivität der Leitung ist gering.

Die grüne Linie zeigen die gleichen Kondensatoren mit größerem Abstand. Da durch die Zuleitung jetzt eine größere Verbindungsinduktivität entsteht, prägen sich die Parallelresonanzen immer mehr aus.

3x100nF
Drei Mal der gleiche Kondensator mit unterschiedlichen Entfernungen (Messwerte in grau hinterlegt)

Durch die Bauteile selbst

Bei gleichen Kondensatoren ist dieser Effekt noch nicht sehr ausgeprägt. Werden jedoch Kondensatoren unterschiedlicher Größe kombiniert, dann macht sich die unerwünschte Induktivität deutlich bemerkbar. Das nächste Bild zeigt dir diesen Effekt. Denn anstatt dreimal den gleichen Kondensator zu verwenden, wird jetzt die Abstufung 1nF-10nF-100nF gemessen. Bevor es mit dem Thema weitergeht noch eine generelle Bemerkung zu diesem Thema:

Kombiniere NIEMALS Kondensatoren unterschiedlichen Wertes unter 100 nF für die Abblockung. Es wird dir immer ein schlechteres Ergebnis liefern.

1n 10n 100n Kondensator mit parasitärer Induktivität

Die Serienresonanzen entstehen durch die unterschiedlichen Kapazitätswerte. Die parasitäre Induktivität eines Bauteils im Bild unten zu sehen.

Kondensator Ersatzschaltbild mit parasitärer Induktivität

Durch die Parallelschaltung mehrere Kondensatoren unterschiedlicher Werte entstehen Parallelresonanzen mit einem hohen Widerstandswert. Je kleiner die Kapazität dabei im Resonanzkreis ist, desto höher ist die Spitze. Da bei diesen Spitzen die Kondensatoren nicht mehr richtig abblocken gelangen die Störungen nach außen.