c't-Labs: Steckernetzteil debuggen
Wenn ein Steckernetzteil Powerline-Verbindungen drosselt, entdrosselt sie eine Drossel.
Schon im Frühjahr stellten wir fest, dass das Steckernetzteil einer DVB-T-Antenne Powerline-Verbindungen stören kann. Bemerkenswert war damals, dass der von Devolo entsandte Ingenieur mit einem Spektrumanalyzer keine aktiven Störungen des Netzteils messen konnte, obwohl das Netzteil nachweislich die Powerline-Verbindung bremste. Kürzlich bemerkten wir denselben Effekt wieder bei der Kombination von AVM-Powerline-Adaptern mit dem Steckernetzteil der Ladeschale eines AVM-DECT-Telefons. Schon äußerlich sehr ähnlich, vermuteten wir bei beiden Netzteilen auch ein ähnliches Innenleben, was sich nach vorsichtigem Einsatz einer Bügelsäge bewahrheitete.
Der Blick auf die Schaltung solcher Kleinleistungs-Schaltnetzteile hilft, den Widerspruch von Störungen ohne Störungen zu erklären: Der Gleichrichter aus vier Feld-Wald-und-Wiesen-Dioden (für Experten: ja, da stecken wirklich 1N4007 drin) hängt über einen 10-Ω-Widerstand am Stromnetz und lädt einen kleinen Elko. Dahinter folgt – nicht dargestellt – der Schaltwandler, der aus den am Elko anstehenden 325 Volt Gleichspannung dann 12 Volt macht.
Auffällig ist, dass es jeweils kein Filterelement (X2-Kondensator oder Drossel) gibt, das die Schaltfrequenz des Switchers – typischerweise irgendwo zwischen 50 und 150 kHz – vom Stromnetz fernhält. Anscheinend sind die hochfrequenten Emissionen wegen der geringen umgesetzten Leistung (laut Typenschild maximal 4 Watt, 12 V/0,33 A) so niedrig, dass die Netzteile auch ohne Filter die fürs CE-Zeichen gültigen Grenzen nicht überschreiten, die einschlägige EMV-Normen setzen. Das legte ja auch die Messung mit dem Spektrumanalyzer nahe. Und da bei solchem Zubehör jeder Cent zählt, verzichten die Entwickler auf jedes nicht erforderliche Bauteil, auch wenn es in anderer Hinsicht sinnvoll wäre.
Wenn nun aber der eigentliche Schaltregler nicht stört, muss etwas anderes das Powerline-Signal beeinträchtigen. Einen Hinweis gibt der Umstand, dass nur die Powerline-Träger oberhalb von 10 MHz einbrachen, und das auch nur während eines bestimmten Abschnitts der Stromnetzphase. Deshalb muss ein aktives Schaltungselement beteiligt sein, was den Verdacht auf die Gleichrichterdioden lenkt.
Dioden besitzen parasitäre Kapazitäten: Die Sperrschichtkapazität wirkt, wenn die Diode sperrt. Sie ist umso größer, je niedriger die Spannung über der Diode ist. So gibt Vishay für seine 1N4007 bei 0,1 Volt rund 30 pF an. Nimmt man an, dass alle vier Dioden in dem vergleichsweise kurzen Moment sperren, wenn Netzspannung und Ladespannung des Elkos nahezu gleich sind, würde das wirken, als läge ein 30-pF-Kondensator direkt hinter dem Widerstand am Netz. Bei 10 MHz entsprechen 30 pF rund 530 Ω (Realanteil der Impedanz) Last für das Powerline-Signal. Bei höheren Frequenzen ist die Impedanz noch deutlich kleiner (30 MHz, rund 180 Ω), was stärkere Dämpfung bewirkt.
Die Diffusionskapazität liegt sogar mehrere Größenordnungen höher als die Sperrschichtkapazität, wodurch sie noch viel stärker dämpfen würde. Sie tritt auf, wenn die Dioden leiten. In der Gleichrichterschaltung sperren dann aber immer auch zwei andere Dioden, sodass Diffusions- und Sperrkapazität in Reihe liegen. Dabei dominiert glücklicherweise die bei höheren Spannungen sehr kleine Sperrkapazität, weshalb die Dämpfung dann sehr gering ist.
Das erklärt, wie die passive Powerline-Störung entstehen kann. Sie loszuwerden ist glücklicherweise einfach: Eine Drossel in Serie zum Widerstand hebt die Impedanz vom Stromnetz aus gesehen soweit an, dass die Dämpfung durch den Netzteileingang belanglos wird. Wir probierten das mit einer 1-mH-Drossel aus, die bei 10 MHz schon knapp 63 kΩ Serienwiderstand entspricht und damit den "Hochfrequenz-Kurzschluss" der Dioden vom Stromnetz isoliert.
Tatsächlich verhielt sich das so gepimpte Steckernetzteil als wäre es nicht vorhanden, der Powerline-Durchsatz kletterte von gebremsten 127 MBit/s wieder auf die gewohnten 188 MBit/s. Doch bevor Sie zur Bügelsäge greifen, ein Wort der Warnung: Eine solche Operation sollten nur in Elektrotechnik Ausgebildete vornehmen. Sorgen Sie hinterher auch dafür, dass das Gehäuse wieder sicher und langzeitstabil verklebt ist. Alle Anderen sollten schlicht das Steckernetzteil an die abgehende Strombuchse des Powerline-Adapters hängen, falls vorhanden, oder die Ladeschale in einem anderen Zimmer platzieren.
[Update 20.9.2013 10:30] Satz zum Ersetzen des 10-Ω-Widerstands durch eine passende Drossel entfernt, da bei der Drossel nicht hundertprozentig gewährleistet ist, dass sie auch die Sicherungsfunktion des Widerstands erfüllt. Danke für den Hinweis an Dr. Alfred Arnold und Hilmar Strauch. (ea)
