Impedancia de Bobina de Modo Común
Calcula la impedancia, pérdida de inserción y factor Q de una bobina de modo común para diseño de filtros EMC.
Fórmula
Z = 2π × f × L, IL = 20·log₁₀((Z+50)/Z)
Cómo Funciona
Un estrangulador de modo común (CMC) es un inductor de dos bobinas enrollado en un solo núcleo toroidal o de tambor, de modo que las corrientes en modo diferencial se cancelan magnéticamente, mientras que las corrientes en modo común alcanzan la inductancia total. En la frecuencia f, la impedancia en modo común es Z = 2π fL, donde L es la inductancia (normalmente de 100 μH a 10 mH en los filtros de línea eléctrica). La pérdida de inserción en un sistema de 50 Ω es IL = 20·log( Z/ (Z+50)). El factor Q Q = Z/DCR muestra el grado de pérdida del estrangulador; un Q alto significa que el estrangulador es más reactivo, mientras que un Q bajo (ferrita con pérdidas) proporciona una supresión de la banda ancha. Los CMC son la principal defensa contra el ruido producido en modo común en las líneas eléctricas, los cables de datos y las interfaces USB, y se centran en los límites del CISPR 22/25 por encima de los 150 kHz.
Ejemplo Resuelto
Problema: Un estrangulador de modo común tiene L = 1 mH, DCR = 0,5 Ω. ¿Cuáles son la impedancia, la pérdida de inserción y la Q a 150 kHz? Solución: 1. Convierta la inductancia: L = 1 mH = 1 × 10-1-³ H 2. Impedancia: Z = 2π × 150.000 × 1 × 10-1-³ = 942 Ω 3. Pérdida de inserción (sistema de 50 Ω): IL = 20·log( 942/ (942+50)) = 20·log( 0.950) = −0.45 dB 4. Factor Q: Q = 942/0.5 = 1884 Resultado: el obturador proporciona 942 Ω en el límite inferior del CISPR de 150 kHz, lo que representa una buena supresión de la banda ancha. La Q alta indica un componente principalmente reactivo y de baja pérdida en esta frecuencia.
Consejos Prácticos
- ✓Elija un CMC cuya corriente continua nominal supere la corriente de carga máxima en al menos un 25% para evitar la saturación.
- ✓Para líneas USB o de señal, utilice un CMC con una impedancia diferencial de corte inferior a 5 Ω para evitar distorsionar la forma de onda de la señal.
- ✓Coloque el CMC lo más cerca posible del conector del cable para interceptar las corrientes de modo común antes de que entren en el plano de tierra de la PCB.
Errores Comunes
- ✗Ignorar la caída de tensión de la DCR bajo la corriente de carga: una DCR de 1 Ω con una carga de 5 A provoca una caída de 5 V, algo inaceptable en los sistemas de 5 V.
- ✗Utilice la impedancia de la hoja de datos de 100 MHz para extrapolar a 150 kHz: la permeabilidad de la ferrita cae abruptamente a altas frecuencias; utilice la curva de impedancia frente a frecuencia.
- ✗Saturación del núcleo con corriente de carga continua: compruebe la corriente continua nominal y verifique que la inductancia permanezca especificada en esa corriente.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un estrangulador de modo común y un cordón de ferrita?
Un estrangulador de modo común (CMC) tiene dos devanados acoplados y se dirige específicamente al ruido en modo común al transmitir señales en modo diferencial. Un cordón de ferrita es un inductor con pérdidas de un solo devanado que atenúa tanto el ruido común como el diferencial. Las CMC se utilizan en pares de señales diferenciales (USB, Ethernet, líneas eléctricas); las perlas de ferrita se utilizan en líneas de señal o alimentación únicas.
¿Por qué la pérdida de inserción disminuye a frecuencias muy altas?
A altas frecuencias, la permeabilidad del núcleo de ferrita disminuye y la capacitancia entre bobinados crea una ruta de derivación. La impedancia alcanza su punto máximo a una frecuencia autorresonante y luego disminuye. Compruebe siempre la curva completa de impedancia frente a frecuencia en la hoja de datos.
¿Puedo usar un CMC en una línea USB 3.0 SuperSpeed?
Sí, pero la CMC debe tener una impedancia de modo diferencial muy baja (< 3 Ω a frecuencias de 5 Gbps) y suficiente impedancia de modo común a frecuencias con problemas de EMC. Busque un CMC que se caracterice específicamente para USB 3.0 o utilice una combinación de un CMC y perlas de ferrita individuales.
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