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EMC

Filtre LC pour émissions conduites

Conçoit un filtre LC pour les limites d'émissions conduites CISPR 22/FCC en calculant les valeurs L et C requises.

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Formule

f0=f/10(A/40),L=Z√(1/(2πf0)2/Z)f₀ = f / 10^(A/40), L = Z√(1/(2πf₀)²/Z)

Comment ça marche

Le calculateur de filtres à émissions conduites conçoit des filtres LC conformes à la norme CISPR 32/22, ce qui est essentiel pour les alimentations, les moteurs et tout produit connecté au secteur ou aux bus d'alimentation en courant continu. Les ingénieurs EMC l'utilisent pour supprimer le bruit de commutation de 20 à 40 dB en dessous des limites réglementaires (66 à 56 dBuV de 150 kHz à 30 MHz).

Selon « EMC Engineering » d'Henry Ott et CISPR 32, les émissions conduites sont mesurées à l'aide d'un LISN (Line Impédance Stabilization Network) présentant une impédance de 50 ohms de 150 kHz à 30 MHz. Les émissions apparaissent à la fois en mode commun (CM : L et N en phase par rapport à la Terre) et en mode différentiel (DM : L opposé à N). Le SMPS typique produit des émissions de 70 à 90 dBuV ; les limites de classe B sont de 66 dBuV (150-500 kHz), 56 dBuV (0,5-5 MHz) et 60 dBuV (5-30 MHz).

Un filtre LC de second ordre fournit une atténuation A = 40 x log10 (f/f0) dB au-dessus du seuil f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (L x C)). Pour 20 dB à 150 kHz, f0 = 150/10^0,5 = 47 kHz. Selon Ott, la marge de conception doit être de 6 à 10 dB pour tenir compte de l'incertitude de mesure (+/- 6 dB, typique pour la pré-conformité) et des variations de production.

Les condensateurs X (sur L-N) filtrent le bruit en mode différentiel ; les condensateurs Y (L/N vers la terre) filtrent le bruit en mode commun. Conformément à la norme IEC 60950/62368, le courant de fuite total du condensateur Y doit être inférieur à 3,5 mA pour les équipements de classe I, limitant ainsi la capacité Y à environ 4,7 nF sur secteur à 50 Hz. Cette contrainte de fuite rend le filtrage en mode commun plus difficile que le filtrage en mode différentiel.

Exemple Résolu

Problème : le scan de pré-conformité montre un SMPS avec une émission DM de 82 dBuV à 200 kHz. Filtre de conception pour CISPR 32 Classe B (limite 66 dBuV à 200 kHz). Supposons un LISN de 50 ohms.

Solution par mois :

  1. Atténuation requise : 82 - 66 = 16 dB, plus une marge de 6 dB = 22 dB à 200 kHz
  2. Filtre de second ordre : A = 40 x log10 (f/f0) ; 22 = 40 x log10 (200/f0)
  3. Résoudre : f0 = 200/10^0,55 = 56 kHz
  4. Valeurs des composants pour une correspondance de 50 ohms : L = 50/ (2 x pi x 56000) = 142 uH ; utilisez 150 uH
  5. C = 1/ (2 x pi x 56000 x 50) = 57 nF ; utiliser un condensateur X2 de 68 nF
  6. Vérifiez : f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (150e-6 x 68e-9)) = 50 kHz ; A à 200 kHz = 40 x log10 (200/50) = 24 dB
  7. Inducteur : 150 uH, i_SAT > 3A (pour une charge de 1 A avec une marge de 2 x), DCR < 0,2 ohm
  8. Condensateur : 68 nF X2, niveau de sécurité, 275 VAC pour secteur 230 V
BOM : inductance DM (Wurth 744771115, 150 uH/4a), condensateur X2 (EPCOS B32922, 68 nF/275 VAC). Coût : environ 1,50$.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez des modules de filtre EMI prêts à l'emploi : ils comprennent des condensateurs X/Y certifiés en matière de sécurité, un CMC et respectent les limites de fuite UL/IEC. Les conceptions personnalisées nécessitent une certification de sécurité (délai de 6 à 12 mois). Coût du module : 5 à 20$.
  • ✓Placez le filtre à l'entrée d'alimentation avant tout câblage interne : le bruit sur les fils internes peut se recouper au-delà du filtre. Par Ott, le filtre doit se trouver à moins de 20 mm de l'entrée IEC ou du connecteur d'alimentation.
  • ✓Mesurez les émissions avec un filtre installé pour détecter les résonances : le filtre LC Q peut créer un pic à f0, aggravant les émissions à des fréquences spécifiques. Ajoutez une résistance d'amortissement (R environ sqrt (L/C)/3) si Q > 5.

Erreurs Fréquentes

  • ✗L'utilisation de condensateurs électrolytiques — ESR (0,1-1 ohm) et ESL (5-20 nH) limitent les performances HF. Par Ott, utilisez des condensateurs à film X2 (ESR <10 mohm) pour les filtres secteur ou MLCC pour les applications en courant continu. Les électrolytiques ne sont utiles que pour le stockage en vrac en dessous de 10 kHz.
  • ✗Conception selon la limite CISPR exacte sans marge : l'incertitude de mesure est de +/- 6 dB pour la pré-conformité et de +/- 3 dB pour les laboratoires accrédités. Conformément à la norme CISPR 16-4-2, ajoutez une marge minimale de 6 dB pour garantir le succès des unités de production. La température et le vieillissement ajoutent une autre variation de 2 à 3 dB.
  • ✗Ignorer la séparation entre le DM et le CM : les émissions conduites comportent les deux composants ; un filtre LC traite uniquement le DM. Par Ott, mesurez le CM et le DM séparément à l'aide de sondes de courant ou d'un séparateur CM/DM. Un CMC est nécessaire pour le bruit CM, même avec un filtre DM parfait.

Foire Aux Questions

Selon la norme IEC 60384-14 : les condensateurs X connectent L à N (filtrage en mode différentiel), d'une valeur nominale de 275 à 400 VAC, ouverts à sécurité intégrée. La classe X2 est la plus courante pour les produits de consommation. Les condensateurs Y connectent L ou N à la terre ou au châssis (filtrage en mode commun), limités à <4,7 nF au total pour maintenir un courant de fuite inférieur à 3,5 mA conformément à la norme IEC 60950/62368. Classe Y1 pour la double isolation, Y2 pour l'isolation de base.
Cela dépend de la catégorie de produit et du marché. CISPR 32/EN 55032 : Équipement informatique/multimédia. CISPR 11/EN 55011 : industriel/scientifique/médical. CISPR 25 : composants automobiles. Classe B de la FCC, partie 15 : produits de consommation aux États-Unis. Dispositifs médicaux : IEC 60601-1-2 (références CISPR 11). Tous utilisent des limites similaires (66-56 dBuV) et une méthode de mesure LISN.
Non — La CMC traite uniquement le bruit en mode commun. Selon Ott, le SMPS typique produit à la fois du bruit CM et du bruit DM ; le DM domine souvent aux basses fréquences (150-500 kHz), le CM aux fréquences plus élevées (1-30 MHz). Le filtre complet nécessite CMC pour CM, plus des condensateurs X pour DM. Les condensateurs Y complètent le filtrage CM aux hautes fréquences où l'inductance CMC est contournée.
Conformément à la norme CISPR 16-1-2 : (1) Utiliser un réseau de séparateurs CM/DM entre le LISN et l'analyseur de spectre ; (2) Utiliser des sondes de courant — CM apparaît comme la somme des courants L et N, DM comme différence ; (3) Si l'ajout d'un condensateur X réduit les émissions, DM domine ; si l'ajout de CMC réduit les émissions, CM domine. La plupart des produits possèdent les deux : testez chaque élément filtrant séparément.
Selon les directives de Wurth/Coilcraft : i_SAT > 2 x courant de charge RMS pour un fonctionnement continu. Pour les charges pulsées (moteurs, démarrage du SMPS), i_SAT > courant de pointe. La saturation entraîne une chute d'inductance de 50 à 80 %, déplaçant le filtre f0 vers le haut et réduisant l'atténuation de 10 à 20 dB. À i_SAT, l'inductance chute à environ 70 % de la valeur nominale. Sélectionnez une marge de 1,5 fois sur la note i_SAT.

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