Skip to content
RFrftools.io
EMC

Filtre EMI en mode différentiel

Conçoit un filtre LC EMI en mode différentiel : calcule la fréquence de coupure, l'atténuation et l'impédance caractéristique pour le filtrage SMPS.

Loading calculator...

Formule

f0=1/(2π√LDMCDM)f₀ = 1/(2π√L_DM C_DM)

Comment ça marche

Le calculateur de filtre en mode différentiel conçoit des filtres passe-bas LC pour le filtrage des ondulations de sortie SMPS et des interférences électromagnétiques sur l'entrée secteur, essentiels pour la conformité aux émissions conduites CISPR 32 et la fourniture d'une énergie propre aux charges sensibles. Les ingénieurs en électronique de puissance l'utilisent pour obtenir une atténuation en mode différentiel de 20 à 40 dB aux fréquences de commutation tout en maintenant une conversion de puissance stable.

Selon « EMC Engineering » d'Henry Ott, le bruit en mode différentiel (DM) circule de manière symétrique entre les conducteurs L et N (ou les rails d'alimentation + et -), contrairement au bruit en mode commun qui circule dans la même direction sur les deux conducteurs. Un filtre passe-bas 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)). L'impédance caractéristique Z0 = sqrt (L/C) doit correspondre à l'impédance source/charge pour une réflexion minimale.

Conformément à la norme CISPR 32, les émissions conduites sont mesurées de 150 kHz à 30 MHz à l'aide d'un LISN présentant une impédance de 50 ohms. Le SMPS typique produit un bruit DM de 60 à 90 dBuV aux harmoniques de fréquence de commutation ; les limites de classe B sont de 66 à 56 dBuV. L'atténuation requise est donc de 20 à 35 dB à 150 kHz, augmentant à des fréquences plus élevées où les limites sont plus strictes.

Pour la topologie à filtre PI (C-L-C), l'atténuation est de 60 dB/décennie au-dessus du seuil, soit 20 dB de mieux que le LC à étage unique. Selon Ott, les filtres PI sont préférés lorsqu'une atténuation supérieure à 40 dB est requise, mais nécessitent un amortissement soigneux pour éviter les pics de résonance. Les filtres en T (L-C-L) fournissent le même effet de réduction avec une meilleure impédance de sortie pour les charges des sources de tension.

Exemple Résolu

Problème : concevoir un filtre DM pour un SMPS de 100 kHz avec des émissions de 80 dBuV à 150 kHz fondamentaux. La limite CISPR 32 Classe B est de 66 dBuV. Référence LISN 50 ohms.

Solution par mois :

  1. Atténuation requise à 150 kHz : 80 - 66 + marge de 6 dB = 20 dB
  2. Pour un LC de second ordre : A = 40 x log10 (f/f0) ; 20 = 40 x log10 (150/f0)
  3. Résoudre : f0 = 150/10^0,5 = 47 kHz
  4. Correspond à 50 ohms : L = 50/ (2 x pi x 47000) = 169 uH ; utilisez 180 uH
  5. C = 1/ (2 x pi x 47000 x 50) = 68 nF ; utilisez un condensateur X2 de 68 nF
  6. Vérifiez : f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (180e-6 x 68e-9)) = 45,5 kHz ; A à 150 kHz = 40 x log10 (150/45,5) = 21 dB
  7. Exigences en matière d'inductance : I_sat > 2 x courant de charge (par exemple, une charge 3A nécessite 6A sat) ; DCR < 100 mohm pour une perte d'efficacité < 2 %
Composants : inducteur 180 uH (Wurth 744771118), condensateur à film 68 nF X2. Pour une marge supplémentaire, passez au filtre PI (ajoutez un deuxième condensateur de 68 nF à la sortie).

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez un filtre PI (C-L-C) lorsqu'une atténuation supérieure à 40 dB est requise : par Ott, le filtre PI atteint une atténuation de 60 dB/décennie contre 40 dB/décennie pour un étage LC unique. Essentiel pour les SMPS à forte ondulation ou à charge sensible en aval.
  • ✓Ajoutez une résistance d'amortissement si le filtre Q > 5 — par Ott, les filtres LC non amortis peuvent avoir un pic de résonance de 10 à 20 dB à f0, aggravant les émissions à cette fréquence. Ajoutez R environ Z0/3 en série avec le condensateur de sortie pour amortir la résonance.
  • ✓Mesurez à l'aide d'un filtre pour vérifier l'absence de résonances : par Ott, les résonances du filtre peuvent créer de nouveaux pics d'émission qui ne sont pas présents sans filtre. Scannez la totalité de la bande CISPR (150 kHz - 30 MHz) après avoir ajouté un filtre pour vérifier qu'il n'y a pas de conséquences imprévues.

Erreurs Fréquentes

  • ✗Filtrage DM et CM confus : selon Ott, le filtre DM (LC entre L et N) traite uniquement le bruit qui circule de manière différentielle. Le bruit en mode commun (L et N en phase par rapport à la terre) nécessite des condensateurs CMC plus Y. Le filtre EMI complet adresse les deux ; le filtre DM uniquement échoue aux tests CM.
  • ✗Choisir un condensateur X de grande taille sans indice de sécurité : conformément à la norme IEC 60384-14, les condensateurs X sur le secteur doivent avoir un niveau de sécurité (X1, X2) et être ouverts de manière sécurisée. Les condensateurs céramiques ou à film standard ne sont pas sûrs pour le secteur et peuvent créer un risque de choc en cas de court-circuit.
  • ✗Ignorer la saturation de l'inductance avec une polarisation en courant continu : selon Wurth, les inducteurs à noyau de ferrite perdent de 50 à 80 % d'inductance au courant de saturation, déplaçant le filtre f0 vers le haut et réduisant l'atténuation de 10 à 20 dB. Sélectionnez i_SAT > 2x le courant de charge de pointe.

Foire Aux Questions

Par Ott : le filtre DM (inducteur + condensateur) atténue le bruit circulant dans des directions opposées sur L et N, le trajet normal du courant d'alimentation. Le CMC atténue le bruit circulant dans la même direction sur L et N, le courant qui revient par la terre/le châssis. Un filtre EMI complet nécessite à la fois : des condensateurs X et des inducteurs pour le DM ; des condensateurs CMC et Y pour le CM.
Selon la pratique de conception CISPR : f0 est généralement de 20 à 50 kHz pour fournir une atténuation de 20 à 30 dB à 150 kHz (limite inférieure de la CISPR). Pour le SMPS avec une commutation de 100 kHz, f0 doit être inférieur à 50 kHz. Un f0 inférieur donne une meilleure atténuation mais nécessite des composants plus grands/plus lourds. Équilibrez les exigences d'atténuation par rapport aux contraintes de taille et de coût.
Oui, par Ott, l'inductance de fuite CMC (1 à 5 % de l'inductance CM) fournit un filtrage en mode différentiel. Un CMC de 10 mH avec 2 % de fuite possède une inductance DM de 200 uH, ce qui est souvent suffisant pour un filtrage DM de base. L'inducteur DM dédié augmente les coûts mais permet un meilleur contrôle de l'atténuation DM indépendamment de la conception du CM.
Par Wurth/Coilcraft : (1) Noyau de tambour en ferrite, compact, peu coûteux, mais qui se sature facilement ; (2) Toroïde en fer poudré : gère bien la polarisation en courant continu, courant de saturation plus élevé ; (3) Toroïde Sendust/MPP : meilleures performances de saturation, moindre perte de noyau, coût plus élevé. Pour les filtres de sortie SMPS avec polarisation DC, préférez le fer en poudre ou le Sendust. Pour les filtres secteur à courant alternatif, la ferrite est acceptable car il n'y a pas de polarisation en courant continu.
Par Ott : (1) Déterminer l'atténuation requise A à la fréquence problématique la plus faible f ; (2) Calculer f0 = f/10^ (A/40) pour une LC de second ordre ; (3) Choisissez Z0 pour correspondre à l'impédance source/charge (50 ohms pour les mesures LISN) ; (4) L = Z0/ (2 x pi x f0) ; C = 1/ (2 x pi x f0 x Z0) ; (5) Vérifier l'inducteur gère le courant de charge continu sans saturation ; (6) Vérifiez que le condensateur est conçu pour la tension de fonctionnement et répond aux exigences de sécurité.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

Copper Foil Tape

Copper foil tape for EMI shielding and grounding

Amazon →

Ferrite Bead Kit

SMD ferrite bead assortment for suppressing high-frequency noise

Amazon →

Calculateurs associés

EMC

Self mode commun

Calcule l'impédance, la perte d'insertion et le facteur Q d'une self de mode commun pour la conception de filtres CEM.

EMC

Filtre EMI conduit

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

EMC

Filtre EMI LC

Concevez un filtre EMI passe-bas LC pour supprimer les émissions par conduction. Calculez l'inductance, la capacité, l'ordre des filtres et l'atténuation sur la bande d'arrêt.

EMC

Blindage RF

Calculez l'efficacité du blindage électromagnétique des boîtiers conducteurs