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EMC

Filtro LC para Emissões Conduzidas

Projeta um filtro LC para os limites de emissões conduzidas CISPR 22/FCC calculando os valores L e C necessários.

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Fórmula

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

Como Funciona

A Calculadora de Filtro de Emissões Conduzidas projeta filtros LC para conformidade com a CISPR 32/22 — essenciais para fontes de alimentação, acionamentos de motor e qualquer produto conectado à rede elétrica CA ou barramentos de alimentação DC. Os engenheiros da EMC usam isso para suprimir o ruído de comutação de 20 a 40 dB abaixo dos limites regulatórios (66 a 56 dBuV de 150 kHz a 30 MHz).

De acordo com a 'EMC Engineering' de Henry Ott e a CISPR 32, as emissões conduzidas são medidas com uma LISN (Rede de Estabilização de Impedância de Linha) apresentando impedância de 50 ohms de 150 kHz a 30 MHz. As emissões aparecem tanto no modo comum (CM: L e N em fase em relação à terra) quanto no modo diferencial (DM: L oposto a N). O SMPS típico produz emissões de 70-90 dBuV; os limites da Classe B são 66 dBuV (150-500 kHz), 56 dBuV (0,5-5 MHz), 60 dBuV (5-30 MHz).

Um filtro LC de segunda ordem fornece atenuação de A = 40 x log10 (f/f0) dB acima do ponto de corte f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (L x C)). Para 20 dB a 150 kHz, f0 = 150/10^0,5 = 47 kHz. De acordo com Ott, a margem de projeto deve ser de 6 a 10 dB para considerar a incerteza de medição (+/- 6 dB típica para pré-conformidade) e a variação na produção.

Os capacitores X (em L-N) filtram o ruído do modo diferencial; os capacitores Y (L/N em relação à terra) filtram o ruído do modo comum. De acordo com a IEC 60950/62368, a corrente de fuga total do capacitor Y deve ser <3,5 mA para equipamentos de Classe I — limitando a capacitância Y a aproximadamente 4,7 nF na rede elétrica de 50 Hz. Essa restrição de vazamento torna a filtragem no modo comum mais difícil do que no modo diferencial.

Exemplo Resolvido

Problema: A verificação de pré-conformidade mostra SMPS com emissão de 82 dBuV DM a 200 kHz. Filtro de design para CISPR 32 Classe B (limite 66 dBuV a 200 kHz). Suponha um LISN de 50 ohms.

Solução por Ott:

  1. Atenuação necessária: 82 - 66 = 16 dB, mais 6 dB de margem = 22 dB a 200 kHz
  2. Filtro de segunda ordem: A = 40 x log10 (f/f0); 22 = 40 x log10 (200/f0)
  3. Resolva: f0 = 200/10 ^ 0,55 = 56 kHz
  4. Os valores dos componentes para 50 ohms coincidem: L = 50/ (2 x pi x 56000) = 142 uH; use 150 uH
  5. C = 1/ (2 x pi x 56000 x 50) = 57 nF; use o capacitor X2 de 68 nF
  6. Verifique: f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (150e-6 x 68e-9)) = 50 kHz; A a 200 kHz = 40 x log10 (200/50) = 24 dB
  7. Indutor: 150 uH, I_sat > 3A (para carga de 1A com margem 2x), DCR < 0,2 ohm
  8. Capacitor: 68 nF X2 com classificação de segurança, 275VAC para redes elétricas de 230V
BOM: indutor DM (Wurth 744771115, 150 uH/4A), capacitor X2 (EPCOS B32922, 68 nF/275Vac). Custo: aproximadamente $1,50.

Dicas Práticas

  • ✓Use módulos de filtro EMI prontos para uso — eles incluem capacitores X/Y certificados de segurança, CMC, e atendem aos limites de vazamento UL/IEC. Projetos personalizados exigem certificação de segurança (atraso de 6 a 12 meses). Custo do módulo: $5-20.
  • ✓Coloque o filtro na entrada de energia antes de qualquer fiação interna - o ruído nos fios internos pode passar pelo filtro. Por Ott, o filtro deve estar dentro de 20 mm da entrada IEC ou do conector de alimentação.
  • ✓Meça as emissões com o filtro instalado para detectar ressonâncias — o filtro LC Q pode criar picos em f0, piorando as emissões em frequências específicas. Adicione o resistor de amortecimento (R aproximadamente sqrt (L/C)/3) se Q > 5.

Erros Comuns

  • ✗Usando capacitores eletrolíticos — ESR (0,1-1 ohm) e ESL (5-20 nH) limitam o desempenho de HF. De acordo com Ott, use capacitores de filme X2 (ESR <10 mohm) para filtros de rede ou MLCC para aplicações DC. Os eletrolíticos são úteis apenas para armazenamento em massa abaixo de 10 kHz.
  • ✗Projetando de acordo com o limite CISPR exato sem margem — a incerteza de medição é de +/- 6 dB para pré-conformidade, +/- 3 dB para laboratório credenciado. De acordo com o CISPR 16-4-2, adicione uma margem mínima de 6 dB para garantir a aprovação das unidades de produção. A temperatura e o envelhecimento adicionam outra variação de 2-3 dB.
  • ✗Ignorando a separação entre DM e CM — as emissões conduzidas têm ambos os componentes; um filtro LC trata apenas de DM. Por Ott, meça CM e DM separadamente usando sondas de corrente ou separador CM/DM. É necessário um CMC para o ruído CM, mesmo com um filtro DM perfeito.

Perguntas Frequentes

De acordo com a IEC 60384-14: os capacitores X conectam L a N (filtragem de modo diferencial), com classificação de 275-400VAC, abertura à prova de falhas. A classe X2 é mais comum em produtos de consumo. Os capacitores Y conectam L ou N à terra/chassi (filtragem de modo comum), limitados a um total de <4,7 nF para manter a corrente de fuga <3,5 mA de acordo com a IEC 60950/62368. Classe Y1 para isolamento duplo, Y2 para isolamento básico.
Depende da categoria do produto e do mercado. CISPR 32/EN 55032: Equipamento de TI/multimídia. CISPR 11/EN 55011: industrial/científico/médico. CISPR 25: componentes automotivos. FCC Parte 15 Classe B: produtos de consumo nos EUA. Dispositivos médicos: IEC 60601-1-2 (referências CISPR 11). Todos usam limites semelhantes (66-56 dBuV) e o método de medição LISN.
Não — o CMC trata apenas de ruídos de modo comum. De acordo com Ott, o SMPS típico produz ruído CM e DM; o DM geralmente domina em frequências mais baixas (150-500 kHz), o CM em frequências mais altas (1-30 MHz). O filtro completo requer CMC para CM, além de capacitores X para DM. Os capacitores Y complementam a filtragem CM em altas frequências, onde a indutância CMC é ignorada.
De acordo com a CISPR 16-1-2: (1) Use a rede separadora CM/DM entre o LISN e o analisador de espectro; (2) Use sondas de corrente — CM aparece como soma das correntes L e N, DM como diferença; (3) Se adicionar o capacitor X reduz as emissões, o DM domina; se a adição de CMC reduz as emissões, o CM domina. A maioria dos produtos tem os dois — teste cada elemento filtrante separadamente.
De acordo com as diretrizes da Wurth/Coilcraft: i_SAT > 2x RMS de corrente de carga para operação contínua. Para cargas pulsadas (acionamentos de motor, partida SMPS), i_SAT > corrente de pico. A saturação causa queda de indutância de 50-80%, deslocando o filtro f0 para cima e reduzindo a atenuação em 10-20 dB. No I_SAT, a indutância cai para aproximadamente 70% do valor nominal — selecione uma margem de 1,5x na classificação I_SAT.

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