Impedância de bloqueio de modo comum
Calcule a impedância de bloqueio do modo comum, a perda de inserção e o fator Q em qualquer frequência. Projete filtros EMC para conformidade com as emissões conduzidas pela CISPR 25.
Fórmula
Referência: CISPR 17; Paul, Introduction to Electromagnetic Compatibility, 2nd ed.
Como Funciona
A calculadora de bloqueio de modo comum calcula a perda de impedância e inserção para filtragem diferencial de sinal e linha de energia — essencial para a conformidade de emissões conduzidas pela CISPR 32, EMC USB/Ethernet e design de filtro de rede elétrica. Os engenheiros da EMC usam isso para obter uma atenuação no modo comum de 20-40 dB ao transmitir sinais diferenciais com perda de <1 dB.
De acordo com a “Engenharia EMC” de Henry Ott, um CMC é um indutor de enrolamento duplo em que correntes diferenciais (magnitude igual, direção oposta) produzem fluxo magnético cancelador, apresentando impedância quase zero ao sinal desejado. As correntes de modo comum (mesma direção em ambos os condutores) veem a indutância L completa, apresentando impedância Z_CM = 2 x pi x f x L. Um CMC de 1 mH fornece impedância de 942 ohms a 150 kHz (limite inferior CISPR).
Esta calculadora obtém a perda de inserção no sistema de ensaio da CISPR 17, com fonte de 50 ohms e carga de 50 ohms: o choke em série soma sua impedância Z = DCR + j x 2 x pi x f x L ao laço de 100 ohms, então IL = 20 x log10(|100 + DCR + jX| / 100). A reatância se soma à resistência do laço como fasor, não aritmeticamente: X = 100 ohms dá 3,01 dB, e a reatância de 942 ohms de 1 mH a 150 kHz dá 19,5 dB. Em um produto, a fonte e a carga são uma LISN e a impedância de modo comum do cabo, então a atenuação no circuito difere deste valor. O CISPR 32 Classe B normalmente requer atenuação CM de 15-25 dB a 150 kHz — alcançável neste sistema com CMC de 0,7-2 mH.
Fator QQ = Z_CM/DCR indica perda versus reatividade. CMCs de alto Q (Q > 50) são reativos e podem ressoar com a capacitância do cabo; CMCs de baixo Q (Q < 10, usando ferrite com perdas) fornecem supressão de banda larga sem problemas de ressonância. De acordo com as notas de aplicação da Wurth, os CMCs de linha de força usam ferrita com perdas; os CMCs de linha de sinal usam ferrita de alta permeabilidade e baixa perda para atenuação mínima do modo diferencial.Exemplo Resolvido
Problema: Selecione uma CMC para uma porta USB 2.0 mostrando ruído CM de 75 dBuV a 150 kHz contra o limite CISPR 32 de 66 dBuV. A perda de inserção é tomada no sistema de ensaio da CISPR 17: fonte de 50 ohms, carga de 50 ohms.
Solução segundo Ott:
- Atenuação necessária: 75 - 66 + 6 dB de margem = 15 dB a 150 kHz
- IL = 20 x log10(|100 + jX|/100) sem a DCR; 15 dB exigem |100 + jX| = 100 x 10^0,75 = 562 ohm, então X = sqrt(562^2 - 100^2) = 553 ohm
- Indutância necessária: L = X/(2 x pi x f) = 553/(2 x pi x 150000) = 587 uH; use o valor padrão de 680 uH
- Verifique IL: X a 150 kHz = 2 x pi x 150000 x 680e-6 = 641 ohm; IL = 20 x log10(|100 + j641|/100) = 16,2 dB (atende ao requisito de 15 dB)
- Os sinais diferenciais veem apenas a indutância de dispersão, que esta calculadora não modela; verifique-a na curva de impedância em modo diferencial da folha de dados a 240 MHz, a fundamental do USB 2.0 de alta velocidade
Selecione: O Wurth 744272102 (1 mH, 1A, DCR de 0,3 ohm, classificação USB) fornece 19,5 dB a 150 kHz neste sistema.
Dicas Práticas
- ✓Coloque o CMC dentro de 10 mm do conector — as correntes CM entram no ponto de conexão do cabo; colocar o CMC longe do conector permite que o ruído irradie da fiação interna antes da filtragem de acordo com Johnson/Graham.
- ✓Para USB 3.0 SuperSpeed (5 Gbps): selecione CMC com impedância diferencial <3 ohm a 2,5 GHz para evitar o fechamento dos olhos — os CMCs de linha de alimentação padrão têm perda diferencial excessiva de acordo com o guia de design do USB-IF.
- ✓Adicione capacitores Y paralelos (1-4,7 nF) ao solo em ambos os lados do CMC — os capacitores fornecem um caminho CM de baixa impedância em altas frequências, onde a indutância do CMC é contornada pela capacitância parasitária.
Erros Comuns
- ✗Usando a impedância da folha de dados de 100 MHz para extrapolar para 150 kHz, a permeabilidade da ferrite varia 10 vezes em toda a faixa de frequência. De acordo com Wurth, a curva de impedância versus frequência é essencial; um CMC com 2.000 ohms a 100 MHz pode ter apenas 200 ohm a 150 kHz.
- ✗Ignorando a queda de tensão do DCR - um CMC DCR de 1 ohm com carga de 5A reduz 5V, inaceitável para alimentação USB de 5V. De acordo com as diretrizes da TDK, selecione DCR < 2% da tensão de alimentação dividida pela corrente de carga.
- ✗Núcleo de saturação com polarização DC - a indutância CMC cai de 30 a 50% na corrente DC nominal. Para carga de 2A, selecione CMC com classificação >3A para manter a indutância especificada, segundo as curvas de saturação da Murata.
Perguntas Frequentes
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