Die Ground-Regeln: Erdung, Klasse und EMV

Wenn ein Netzteil mit Masse verbunden oder geerdet ist, so wird es mit einem genormten Symbol versehen, das die Masseverbindung angibt. Es gibt drei Arten von Massesymbolen, da sich die Funktionen der Massepotentiale geringfügig voneinander unterscheiden (Abbildung 1):

Signalmasse: Der Rückweg oder Nullspannungs-Verbindungspunkt innerhalb eines Stromkreises. Dieser Punkt kann, muss aber nicht unbedingt mit dem Gehäuse- oder Erdungsmassepunkt verbunden sein.

Gehäusemasse: Eine einzelne Verbindung mit dem Gehäuse aus Metall. Die Funktion der Gehäusemasse besteht darin, Streu- oder induzierte Spannungen aufzunehmen und zu einem Massepotential zurückzuführen (Abschirmungsfunktion). Sie kann aber auch mit der Erdungsmasse verbunden sein, um einen elektrischen Schlag zu verhindern (Erdungsfunktion). Es ist wichtig, dass die Gehäusemasse und die Erdungsmasse an einem einzigen Verbindungspunkt zusammentreffen, weil sonst Strom durch das Gehäuse von einem Teil des Stromkreises zu einem anderen fließen und eine Masseschleife bilden könnte. Masseschleifen können unerwünschtes elektrisches Rauschen in einem Stromkreis verursachen, das die Leistung schmälert und die EMV-Störfestigkeit (oder elektromagnetische Verträglichkeit) beeinträchtigt.

Erdungsmasse: Das ist die Schutzerdungsverbindung (Protective Earth, PE), die zu den Erdungs-Pins des Netzsteckers zurück verdrahtet ist und einen sicheren niederohmigen Weg für Leck- oder Fehlerströme bildet. „Erde“ und „Masse“ werden in diesem Whitepaper gegen einander austauschbar verwendet.

Abbildung 3 zeigt ein Netzteil der Klasse I, bei dem eine Schutzerdungsverbindung sowohl der Sicherheit als auch den EMV-Anforderungen dient:

Abbildung 4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaubild eines typischen AC/DC-Schaltwandlers der Klasse I. Die Schaltstufe erzeugt elektrisches Rauschen (rot dargestellt), das sowohl zum Eingang als auch über die Kopplungskapazität des Trenntransformators zum Ausgang geleitet wird. Die Filterpfade (blau dargestellt) verwenden C2, C3, C5 und C6, um die Störung zur niederohmigen Erde zu kanalisieren.

Das kapazitiv gekoppelte Rauschen am Ausgang wird über den Kondensator C4 zum Schalter zurück „kurzgeschlossen“, wodurch die Schleife geschlossen wird. C4 liegt an der Isolationsbarriere und muss für entsprechende Isolationsspannung (i.d.R. 4kV) als Y-Kondensator dimensioniert sein. C1 ist ein netztauglicher X-Kondensator, C2, C3, C5 und C6 sind jeweils Y-Kondensatoren. Eine Erklärung des Unterschieds zwischen Y- und X-Kondensatoren findet sich im RECOM AC/DC Book of Knowledge, ...