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Impedância do Choke de Modo Comum

Calcula a impedância, a perda de inserção e o fator Q de um choke de modo comum para projeto de filtros CEM.

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Fórmula

Z = 2π × f × L, IL = 20·log₁₀((Z+50)/Z)

L — Inductance (H)
f — Frequency (Hz)

Como Funciona

Um bloqueador de modo comum (CMC) é um indutor de dois enrolamentos enrolado em um único núcleo toroidal ou de tambor, de forma que as correntes do modo diferencial se cancelem magneticamente, enquanto as correntes do modo comum vejam a indutância total. Na frequência f, a impedância de modo comum é Z = 2π fL, onde L é a indutância (normalmente de 100 μH a 10 mH para filtros de linha de energia). A perda de inserção em um sistema de 50 Ω é IL = 20·log․ ․ (Z/ (Z+50)). O fator Q Q = Z/DCR mostra a perda do bloqueador; Q alto significa que o bloqueador é mais reativo, enquanto Q baixo (ferrite com perdas) fornece supressão de banda larga. Os CMCs são a principal defesa contra o ruído de modo comum conduzido em linhas de energia, cabos de dados e interfaces USB, visando limites CISPR 22/25 acima de 150 kHz.

Exemplo Resolvido

Problema: Um bloqueador de modo comum tem L = 1 mH, DCR = 0,5 Ω. Qual é a impedância, perda de inserção e Q a 150 kHz?
Solução:
1. Converta indutância: L = 1 mH = 1 × 10˚³ H
2. Impedância: Z = 2π × 150.000 × 1 × 10․ ³ = 942 Ω
3. Perda de inserção (sistema de 50 Ω): IL = 20·log․ (942/ (942+50)) = 20·log․ (0,950) = −0,45 dB
4. Fator Q: Q = 942/0,5 = 1884
Resultado: o bloqueador fornece 942 Ω no limite inferior do CISPR de 150 kHz, representando uma boa supressão de banda larga. O Q alto indica um componente de baixa perda, principalmente reativo nessa frequência.

Dicas Práticas

  • ✓Escolha um CMC cuja corrente DC nominal exceda a corrente de pico de carga em pelo menos 25% para evitar a saturação.
  • ✓Para linhas USB ou de sinal, use um CMC com uma impedância diferencial de corte abaixo de 5 Ω para evitar distorcer a forma de onda do sinal.
  • ✓Coloque o CMC o mais próximo possível do conector do cabo para interceptar as correntes de modo comum antes que elas entrem no plano de aterramento do PCB.

Erros Comuns

  • ✗Ignorando a queda de tensão do DCR sob a corrente de carga — um DCR de 1 Ω a 5 A causa uma queda de 5 V, inaceitável em sistemas de 5 V.
  • ✗Usando a impedância da folha de dados de 100 MHz para extrapolar para 150 kHz, a permeabilidade da ferrite cai abruptamente em alta frequência; use a curva de impedância versus frequência.
  • ✗Saturar o núcleo com corrente de carga DC - verifique a corrente DC nominal e verifique se a indutância permanece especificada nessa corrente.

Perguntas Frequentes

Um bloqueador de modo comum (CMC) tem dois enrolamentos acoplados e visa especificamente o ruído do modo comum ao transmitir sinais no modo diferencial. Um cordão de ferrite é um indutor com perdas de enrolamento único que atenua tanto o ruído comum quanto o diferencial. Os CMCs são usados em pares de sinais diferenciais (USB, Ethernet, linhas de energia); esferas de ferrite são usadas em linhas únicas de alimentação ou sinal.
Em altas frequências, a permeabilidade do núcleo de ferrite diminui e a capacitância entrelaçada cria um caminho de desvio. A impedância atinge o pico em uma frequência autorressonante e depois cai. Sempre verifique a curva completa de impedância versus frequência na folha de dados.
Sim, mas o CMC deve ter uma impedância de modo diferencial muito baixa (< 3 Ω em frequências de 5 Gbps) e impedância de modo comum suficiente nas frequências problemáticas de EMC. Procure CMCs especificamente caracterizados para USB 3.0 ou use uma combinação de um CMC com esferas de ferrite individuais.

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