Ringferritkerne
(589)Ferritringe gehören zur Familie der Ferritfilter, die auch bekannt als Ferritkerne ist. Diese Filter können in verschiedenen Größen und Formen erhältlich sein, u.a. in Form von Zylindern mit einer Öffnung entlang ihrer Rotationsachse oder den gerade erwähnten Ringen. Sie befinden sich oft an den Enden verschiedener Drähte und Kabel von z. B. Computermäusen, Schaltnetzteilen oder an USB-Kabeln, manchmal sogar auf beiden Seiten, in der Nähe der Stecker und damit auch in der Nähe des Ein- und Ausgangs "an" und "von" einem bestimmten Gerät.
Das Funktionsprinzip von Ferritringen
Ferritfilter dienen im einfachsten Sinne dazu, hochfrequentes Rauschen in beide Richtungen zu unterdrücken. Ihr Betrieb unterscheidet sich kaum von herkömmlich verwendeten Drosseln oder Induktivitäten. In ihren Anwendungen zeichnen Ferrite hauptsächlich durch Impedanz aus, aber sie können indirekt eine Art Kapazität und Widerstand in das System einbringen. Angewandt auf AC- und DC-Leiter wirken sie als Tiefpassfilter, unterdrücken höherfrequente Störungen und führen ihre Energie im Wesentlichen durch Umwandlung in Wärmeenergie ab, die dann an die Umgebung zurückgegeben wird. Diese Störungen können z. B. durch elektromagnetische Beeinflussung durch ein anderes Gerät oder ein elektronisches System in der Nähe des Ausgangssignals verursacht werden. Dies ist eine typische Situation z.B. für Schaltnetzteile, was mit der Besonderheit ihres Betriebs und Schaltung von Strömen mit hoher Frequenz verbunden ist. Diese Störungen werden als elektromagnetische Störungen, sog EMI-Rauschen (eng. Electromagnetic Interference) oder RFI (ang. radio-frequency interference) bezeichnet. Der Strom, der durch den Leiter fließt, erzeugt gemäß dem Ampère-Gesetz ein Magnetfeld um ihn herum. Bei Stromstörungen ist dieses Feld nicht konstant und schwankt, was dann mit dem Ferritfilter wechselwirkt. Dies wiederum unterdrückt elektrische Signalstörungen, die in einem bestimmten Leiter auftreten.
Einfach ausgedrückt: Mit zunehmender Frequenz der Störung steigt die Impedanz des Leiters, auf dem der Ferritkern montiert ist. Dies ist jedoch nur die halbe Wahrheit. Ferrite haben Frequenzcharakteristiken, die die höchsten Impedanzwerte der oszillierenden Spannungsfrequenzen aufweisen. Nach Überschreiten eines bestimmten Frequenzwertes beginnt ihre Impedanz wieder abzunehmen. Bei der Auswahl des geeigneten Ringferrits ist es äußerst wichtig, einen mit den höchsten Impedanzwerten für die in unserem System auftretenden Störungen zu wählen. Um sie zu finden und gleichzeitig den passenden Filter auszuwählen, kann experimentiert und geforscht werden, z.B. durch Anwendung der Frequenzanalyse, auch Spektralanalyse genannt.
Auswahl von Ferritringen – worauf soll man achten?
Beim Entwurf des elektronischen Systems, in dem wir einen Ferritring verwenden möchten, muss berücksichtigt werden, dass es erhitzt wird. Daher ist eine ausreichende passive oder aktive Kühlung durch eine erzwungene Luftzirkulation, z.B. durch einen Lüfter, erforderlich. Ein hoher Stromwert und hochfrequente Störungen verursachen nicht nur eine erhebliche Wärmeabgabe, sondern können auch zu einer Sättigung des Ferritkerns führen, d.h. zu einer Verringerung seiner Induktivität um bis zu 90 %.
Anwendung von Ferritringen
Ferritkerne sind eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, eine Tiefpassfilterung auf eine bereits vorhandene Kabelinfrastruktur anzuwenden, beispielsweise durch die Schaffung einer Drossel oder, anders gesagt, einer Induktivität. Bei Ferritringen reicht es aus, den Leiter mehrmals, meist fünf- bis siebenmal, durch die Mitte um den Ring zu wickeln, um eine ausreichende Filterung gegen hochfrequente Störungen zu gewährleisten.
Ferritringe finden sich in der Außenverkabelung, aber auch im Inneren verschiedener Geräte finden sich Ferritfilter häufig, z.B. in Form von Ferritperlen oder Drosseln, als Filter für eingehende Spannungen, aber auch zum Filtern von Signalen direkt auf Leiterplatten, in der Nähe von Transistoren, Mikroprozessoren und anderen integrierten Schaltungen sowie Anschlüssen.
Die Verwendung von Ferritfiltern ist auch bei Geräten sinnvoll, die bei ihrem Betrieb Hochfrequenzenergie aussenden können, da sich das Kabel in diesem Fall wie eine Antenne verhalten kann und somit das von ihm übertragene Signal gestört wird. Dieses Phänomen kann zu unerwartetem Verhalten der eingeschalteten Geräte führen. Das gleiche Phänomen kann auch bei Signalkabeln auftreten, die Verzerrungen bei der Kommunikation zwischen integrierten Schaltungen verursachen können.
Bei der Auswahl des passenden Ferritrings sollte man auf mehrere Faktoren achten, je nach der konkreten Anwendung, den Strömen, die durch den Leiter fließen, sowie den Platzverhältnissen, die wir z.B. im Gehäuse eines bestimmten Geräts haben. Die Abmessungen des Filters können berücksichtigt werden, einschließlich des Innenlochs, das es ermöglichen sollte, ein Kabel mit einem bestimmten Durchmesser mehrmals durch seine Mitte zu führen, des Kernmaterials, das sich in seine Frequenzeigenschaften niederschlägt und des Induktivitätsfaktors. Bevor man sich für einen bestimmten Ferritkern entscheidet, sollte man sich auch mit der detaillierten technischen Dokumentation des Herstellers vertraut machen, die alle wichtigen Informationen sowie die oben genannten Eigenschaften enthält.
Lager:
