Parasitäre Kapazität

Hier ein paar Fragen, welche mit dem Thema „parasitäre Kapazität“ zusammenhängen könnten:

  • Warum funktioniert mein Filter bei hohen Frequenzen nicht so gut wie in der Simulation?
  • Woher kommen die Stör-Resonanzen bei der EMV-Messung?
  • Warum ist meine OP-Schaltung so empfindlich gegenüber hochfrequenten Störungen?
  • Wieso schwingt meine Schaltung?
  • Wieso kommen Störungen durch meine galvanische Trennung?
  • Warum gibt es so starke Stör-Schwingungen bei meinem Schaltnetzteil.
  • Mein Finger beeinflusst die Schaltung stark, wieso denn das?

Unerwünschte Kapazität durch Layout-Aufbau

Beim Aufbau von Schaltungen entstehen neue kapazitive Kopplungswege. Da diese im Schaltplan nicht eingezeichnet sind, findet man die Störursache nicht. Einen solchen Kopplungsweg nennt man parasitäre Kapazität.

Als Beispiel wird hier ein vereinfachter Strom-Spannungswandler dargestellt. Durch die Stromübertragung bis zum Widerstand ist die Schaltung sehr empfindlich gegenüber kapazitiver Kopplung.

Im Schaltplan sind keine parasitären Elemente eingezeichnet. Dennoch kommen diese beim realen Aufbau vor. Im nächsten Bild ist das Layout ungünstig aufgebaut.

Die Einkopplung von Störungen durch z.B. Takt-Leitungen verändert die Messergebnisse. Hier in diesem Fall mit CLK und den Kapazitäten angedeutet.

Auch die Kopplung von OUT zu IN reduziert in diesem Fall die verwendbare Bandbreite. Je größer die par. Kapazität und der Widerstand werden, desto mehr macht sich dieser Effekt bemerkbar.

Durch die Bauteile selbst

Bei Spulen tritt die unerwünschte Kapazität immer als Nebeneffekt auf weil die Windungen eng beieinander liegen. Mithilfe der Resonanzfrequenz im Datenblatt kannst du diese wunderbar abschätzen. In den Bildern unten ist eine Spule in SMD-Technik und ein passendes Ersatzschaltbild zu sehen. Cp ist dabei die parasitäre Kapazität. Zusätzlich sind im Schaltbild auch die parasitären Widerstände Rp1 und Rp2 eingetragen, denn diese stellen den Leiterwiderstand und die Kernverluste dar.

Parasitäre Kapazität Spule

Ersatzschaltbild Spule

Aber nicht nur Spulen haben unerwünschte Kapazitäten! Auch Motoren, Transistoren, Transformatoren, Widerstände usw… . Genauer gesagt sind diese immer vorhanden. Wichtig ist nur, dass du diese richtig einschätzt. Denn dann kannst du beurteilen, ob diese deine Schaltung stören oder eben nicht.

Wenn du mehrere Bauteile kombinierst, dann interagieren alle parasitären Elemente mit den eigentlichen Elementen. Dadurch entstehen verschiedene Resonanzfrequenzen, welche Störungen nach außen tragen können. Diese entstehen beispielsweise bei der Serienschaltung zweier Spulen unterschiedlicher Bauform und Induktivität.

Die Unterdrückung dieser Störungen ist die Hauptaufgabe der EMV-Arbeit.

Gute Quelle: Franz, J.: EMV – Störungssicherer Aufbau elektronischer Schaltungen, Springer Vieweg