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EMC

Filtre d'ondulation d'alimentation

Calcule l'atténuation du filtre LC et la tension d'ondulation de sortie pour le filtrage CEM des alimentations.

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Formule

f₀ = 1/(2π√LC), A = −40·log₁₀(f/f₀) dB

Comment ça marche

Le bruit de commutation (ondulation) de l'alimentation électrique est une source majeure d'émissions par conduction. Un filtre passe-bas LC à étage unique fournit une atténuation de −40 dB/décennie au-dessus de sa fréquence d'angle f = 1/ (2π √ LC). La fréquence d'angle requise pour obtenir l'atténuation A (dB) à la fréquence d'ondulation f est f= f/10^ (A/40). La tension d'ondulation de sortie est V_out = V_in × 10^ (A/20). Une conception de f à un niveau bien inférieur à la fréquence de commutation (typiquement f < f_sw/10) garantit une atténuation adéquate. Des résistances d'amortissement peuvent être nécessaires pour empêcher les pics de résonance susceptibles d'amplifier le bruit à proximité de f. L'impédance caractéristique Z = √ (L/C) doit correspondre approximativement à l'impédance de charge pour un amortissement optimal.

Exemple Résolu

Problème : Un SMPS de 100 kHz produit une ondulation d'entrée de 100 mV. Concevez un filtre LC pour le réduire à moins de 1 mV en utilisant des valeurs L et C égales avec une charge de 50 Ω. Solution : 1. Atténuation requise : A = 20·logᵉ (100/1) = 40 dB 2. F requis : f = 100 000/10^ (40/40) = 100 000/10 = 10 kHz 3. Produit LC : LC = 1/ (2π × 10 000) ² = 1/ (3,948 × 10) = 2,53 × 10¹ ¹ s² 4. Pour Z = 50 Ω : L/C = 2 500 ; L = √ (2 500 × 2,53 × 10¹) = √ (6,33 × 10) = 795 μH ; C = LC/L = 3,18 × 10, 795 × 10, 7, 10, = 0,4 μF Résultat : une bobine d'induction de 795 μH et un condensateur de 0,4 μF fournissent une fréquence d'angle de 10 kHz et une atténuation de 40 dB à 100 kHz, réduisant ainsi l'ondulation de 100 mV à ≈ 1 mV.

Conseils Pratiques

  • ✓Choisissez un inducteur à noyau de ferrite pour le filtre EMI (pas un noyau à air) pour une meilleure atténuation des hautes fréquences et un risque de saturation du noyau plus faible en courant continu.
  • ✓Utilisez un filtre π (condensateur—inducteur—condensateur) pour atteindre −60 dB/décennie dans les cas difficiles où un seul étage LC est insuffisant.
  • ✓Placez le condensateur du filtre de sortie physiquement à proximité de la charge, et non à proximité de l'inductance, afin de minimiser l'inductance parasite à haute fréquence dans le chemin de découplage.

Erreurs Fréquentes

  • ✗Utilisation de condensateurs électrolytiques : à 100 kHz+, leur ESR élevé réduit considérablement l'atténuation ; utilisez des condensateurs à film ou en céramique à faible ESR pour le filtre LC.
  • ✗Ignorer la résonance du filtre : un filtre LC légèrement amorti amplifie le bruit à f ; ajoutez une petite résistance d'amortissement en série avec un condensateur plus grand sur le condensateur du filtre principal.
  • ✗Négliger la résistance en courant continu de l'inducteur : un DCR élevé entraîne une chute de tension sous charge ; équilibrez le DCR par rapport à l'inductance pour obtenir l'atténuation d'ondulation requise.

Foire Aux Questions

Un filtre anti-ondulation cible la fréquence de commutation et ses harmoniques sur le rail DC de sortie. Un filtre à émissions par conduction (filtre de ligne) est placé du côté de l'entrée AC pour supprimer le bruit recouplé au secteur. Les deux sont des filtres LC mais conçus pour différentes impédances et plages de fréquences.
L'inducteur doit gérer le courant de charge maximal plus le courant d'ondulation de pointe (généralement 20 à 30 % du courant de charge pour un SMPS bien conçu). La sous-évaluation entraîne une saturation et une perte d'inductance, ce qui supprime l'effet de filtrage.
Un seul condensateur ne fournit qu'une atténuation de -20 dB/décennie, et non de -40 dB/décennie. Pour les exigences d'ondulation serrées (sortie < 10 mV) à des fréquences de commutation élevées, un filtre LC ou même π est généralement nécessaire.

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