Induktivität

Eine Drossel ist eine Spule aus Draht, üblicherweise um einen Eisen- oder Ferritkern gewickelt, die sich gegen Änderungen des elektrischen Stroms sperrt. Wenn der durch die Spule fließende Strom zu- oder abnehmen will, erzeugt die Drossel ein Magnetfeld, das dieser Änderung entgegenwirkt. Diese Eigenschaft heißt Induktivität und wird in Henry (H) gemessen. Eine kleine Drossel liegt im Bereich Millihenry (mH) oder Mikrohenry (µH); große Leistungsdrosseln können mehrere Henry erreichen.

Das Kernmaterial ist entscheidend. Luftkern-Drosseln haben geringe Induktivität und kommen zum Einsatz, wenn Platz vorhanden ist und Kernverluste minimal sein müssen, etwa in Hochfrequenzschaltungen. Eisenkern-Drosseln packen viel mehr Induktivität auf kleinstem Raum und sind das Arbeitstier in Netzteilen und Filtern. Ferritkerne bieten einen Mittelweg und behalten ihre Eigenschaften bei höheren Frequenzen. Der Drahtquerschnitt, die Windungszahl und der Spulendurchmesser beeinflussen alle den endgültigen Induktivitätswert.

Wo Drosseln wirklich arbeiten

In Schaltreglern glätten Drosseln den Stromrippel und speichern Energie zwischen den Schalttakten. Ein typischer Buck-Wandler verwendet eine Drossel in Reihe mit dem Ausgang, um Stromspitzen zu reduzieren, die sonst die Lastschaltung beschädigen würden. In EMV-Filtern (elektromagnetische Verträglichkeit) sperren Drosseln hochfrequente Störungen, während sie niederfrequente Signale durchlassen. Eingangsfilter in Industrieanlagen kombinieren Drosseln häufig mit Kondensatoren, um leitungsgebundene Emissionen zu beseitigen.

Drosseln fallen aus, wenn die Drahtdämmung durch Wärme oder mechanische Belastung zerstört wird, wenn der Kern bei unerwartet hohem Strom in die Sättigung geht und die Induktivität verliert, oder wenn der Kern Wirbelstromverluste entwickelt, die das Bauteil in einen Heizer statt in einen Filter verwandeln. Konstrukteure müssen den Widerstand der Drossel (der Draht ist kein perfekter Leiter) und das frequenzabhängige Verhalten des Kerns berücksichtigen. Eine für 50 Hz Netzfrequenz ausgelegte Drossel kann in einer 20 kHz Schaltschaltung ohne Derating überhitzen.

Der Begriff stammt vom Verb induzieren und spiegelt die Funktion des Bauteils wider: Es induziert eine Spannung, die der Stromänderung nach Faradays Gesetz entgegenwirkt. Im Gegensatz zu Widerständen und Kondensatoren sind Drosseln bei gleichwertigen Nennwerten größer und schwerer, weshalb sie hauptsächlich in Leistungsschaltungen und nicht in Signalschaltungen vorkommen. Der Preis pro Henry steigt bei niedrigeren Induktivitätswerten stark an, wodurch eine 100 µH Drossel verhältnismäßig teurer ist als eine 10 mH Drossel.