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Filtro EMI de Modo Diferencial

Projeta um filtro LC EMI de modo diferencial: calcula frequência de corte, atenuação e impedância característica para filtragem de saída SMPS.

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Fórmula

f₀ = 1/(2π√L_DM C_DM)

Como Funciona

Um filtro EMI de modo diferencial (DM) é um filtro passa-baixa LC que atenua o ruído do modo diferencial — ruído que flui simetricamente em direções opostas nos dois condutores de potência (linha e neutro). Nos filtros de saída SMPS, o ruído do modo diferencial surge da corrente de ondulação de comutação. O filtro usa um indutor em série L e um capacitor de derivação C: f․ = 1/ (2π √LC), com atenuação A = −40·log․ (f/f․) dB acima de f․. A impedância característica Z․ = √ (L/C) deve ser combinada com a impedância da fonte/carga para máxima eficiência de transferência de energia e reflexões mínimas. Para emissões conduzidas por CISPR, o filtro deve fornecer atenuação adequada a 150 kHz e acima. A mesma estrutura LC é usada tanto para filtros de ondulação de saída SMPS quanto para filtros EMI de entrada de rede.

Exemplo Resolvido

Problema: projete um filtro de modo diferencial com frequência de canto de 50 kHz para uma carga de 50 Ω. Que atenuação ele fornece em 150 kHz?
Solução:
1. Suponha que L = 47 μH e C = 0,47 μF:
2. f․ = 1/ (2π √ (47×10․ × 0,47×10․)) = 1/ (2π × 4,70×10․) = 1/ (2,95×10․) = 33,8 kHz
3. Atenuação a 150 kHz: razão de frequência = 150/33,8 = 4,44; A = −40·log․ (4,44) = −40 × 0,647 = −25,9 dB
4. Impedância característica: Z․ = √ (47×10/0,47×10․) = √100 = 10 Ω
Resultado: O filtro fornece −26 dB a 150 kHz com uma impedância característica de 10 Ω. Para um sistema de 50 Ω, pode ser necessário adicionar amortecimento para evitar picos ressonantes a 33,8 kHz.

Dicas Práticas

  • ✓Use uma topologia de filtro π (C-L-C) para filtragem em modo diferencial quando for necessária uma atenuação maior que 40 dB na menor frequência do problema.
  • ✓Adicione um pequeno resistor de amortecimento (R ≈ Z/5) em série com um segundo capacitor no capacitor do filtro principal para evitar picos ressonantes.
  • ✓Meça as emissões conduzidas após instalar o filtro para verificar se ele não cria ressonâncias que pioram as emissões em frequências específicas.

Erros Comuns

  • ✗Filtros confusos de modo diferencial e modo comum — um filtro DM trata apenas o ruído entre L e N; um CMC é necessário para o ruído do modo comum de L/N a PE.
  • ✗Escolhendo C muito grande sem certificação de segurança — os capacitores X2 para toda a rede elétrica devem ter a classificação de segurança IEC/UL; os capacitores de cerâmica padrão não são seguros para a rede elétrica.
  • ✗Ignorando a corrente de saturação do indutor em série - em aplicações SMPS, o indutor deve lidar com a corrente de carga total mais a corrente de ondulação de pico sem saturar.

Perguntas Frequentes

Um filtro DM (indutor + capacitor) atenua o ruído que aparece entre os dois condutores de potência com correntes iguais e opostas. Um bloqueador de modo comum apresenta alta impedância ao ruído que flui na mesma direção em ambos os condutores simultaneamente. A supressão completa de emissões conduzidas normalmente requer ambos.
Para emissões conduzidas por CISPR a partir de 150 kHz, a frequência do canto do filtro é normalmente de 20—50 kHz, fornecendo atenuação de 20—30 dB a 150 kHz. O valor exato depende do nível de ruído do modo diferencial do SMPS.
Sim — isso é feito na prática. Um bloqueador de modo comum apresenta alta impedância para correntes de modo comum enquanto passa correntes de modo diferencial com apenas uma pequena indutância de vazamento. A indutância de vazamento atua como um indutor de modo diferencial, fornecendo filtragem parcial de DM. Em muitos projetos, a indutância de vazamento CMC é projetada deliberadamente para fornecer uma indutância DM específica.

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