Filtro EMI de Modo Diferencial
Diseña un filtro LC EMI de modo diferencial: calcula frecuencia de corte, atenuación e impedancia característica para filtrado de salida SMPS.
Fórmula
f₀ = 1/(2π√L_DM C_DM)
Cómo Funciona
Un filtro EMI en modo diferencial (DM) es un filtro de paso bajo LC que atenúa el ruido en modo diferencial: ruido que fluye simétricamente en direcciones opuestas en los dos conductores de alimentación (línea y neutro). En los filtros de salida SMPS, el ruido en modo diferencial proviene de la corriente ondulada de conmutación. El filtro utiliza un inductor en serie L y un condensador de derivación C: f= 1/ (2π √LC), con una atenuación A = −40·log( f/f) dB superior a f. La impedancia característica Z= √ (L/C) debe coincidir con la impedancia fuente/carga para lograr la máxima eficiencia en la transferencia de energía y minimizar las reflexiones. Para las emisiones conducidas por CISPR, el filtro debe proporcionar una atenuación adecuada a 150 kHz o más. Se utiliza la misma estructura LC tanto para los filtros de ondulación de salida SMPS como para los filtros EMI de entrada de red.
Ejemplo Resuelto
Problema: Diseñe un filtro de modo diferencial con una frecuencia de esquina de 50 kHz para una carga de 50 Ω. ¿Qué atenuación proporciona a 150 kHz? Solución: 1. Supongamos que L = 47 μH y C = 0.47 μF: 2. f= 1/ (2π √ (47×10～× 0,47×10～)) = 1/ (2π × 4,70×10) = 1/ (2,95×10～) = 33,8 kHz 3. Atenuación a 150 kHz: relación de frecuencia = 150/33,8 = 4,44; A = −40·log( 4,44) = −40 × 0,647 = −25,9 dB 4. Impedancia característica: Z= √ (47×10～/0.47×10～) = √100 = 10 Ω Resultado: el filtro proporciona −26 dB a 150 kHz con una impedancia característica de 10 Ω. Para un sistema de 50 Ω, es posible que sea necesario añadir amortiguación para evitar un pico de resonancia a 33,8 kHz.
Consejos Prácticos
- ✓Utilice una topología de filtro π (C-L-C) para el filtrado en modo diferencial cuando se requiera una atenuación superior a 40 dB en la frecuencia de problema más baja.
- ✓Agregue una pequeña resistencia de amortiguación (R ≈ Z/5) en serie con un segundo condensador en el condensador del filtro principal para evitar picos de resonancia.
- ✓Mida las emisiones conducidas después de instalar el filtro para verificar que no genere resonancias que empeoren las emisiones a frecuencias específicas.
Errores Comunes
- ✗Filtros confusos de modo diferencial y modo común: un filtro DM solo aborda el ruido entre L y N; se necesita un CMC para el ruido de modo común de L/N a PE.
- ✗Elegir C demasiado grande sin certificación de seguridad: los condensadores X2 para conexión a la red eléctrica deben tener la clasificación de seguridad IEC/UL; los condensadores cerámicos estándar no son seguros para la red.
- ✗Ignorando la corriente de saturación del inductor en serie: en las aplicaciones SMPS, el inductor debe soportar la corriente de carga completa más la corriente de ondulación máxima sin saturarse.
Preguntas Frecuentes
¿En qué se diferencia un filtro de modo diferencial de un estrangulador de modo común?
Un filtro DM (inductor+condensador) atenúa el ruido que aparece entre los dos conductores de alimentación con corrientes iguales y opuestas. Un estrangulador de modo común presenta una alta impedancia al ruido que fluye en la misma dirección en ambos conductores simultáneamente. La supresión completa de las emisiones conducidas normalmente requiere ambas.
¿Cuál es la frecuencia de esquina típica de un filtro de modo diferencial de entrada de red?
Para las emisiones conducidas por CISPR a partir de 150 kHz, la frecuencia de esquina del filtro suele ser de 20 a 50 kHz, lo que proporciona una atenuación de 20 a 30 dB a 150 kHz. El valor exacto depende del nivel de ruido en modo diferencial emitido por el SMPS.
¿Puedo combinar el inductor de modo diferencial con el estrangulador de modo común en un componente?
Sí, esto se hace en la práctica. Un obturador de modo común presenta una alta impedancia con respecto a las corrientes de modo común, al tiempo que hace pasar las corrientes de modo diferencial con solo una pequeña inductancia de fuga. La inductancia de fuga actúa como un inductor en modo diferencial, proporcionando un filtrado DM parcial. En muchos diseños, la inductancia de fuga CMC está diseñada deliberadamente para proporcionar una inductancia DM específica.
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