Cálculo del filtro EMI en un SMPS

El valor de la inductancia es típico para un filtro de línea y no es crucial.
El propósito del filtro es aislar los componentes SMPS HF de la red eléctrica.
Los inductores forman dos filtros Pi acoplados de imagen especular (divididos a lo largo del eje horizontal medio para el análisis.

Los filtros de línea pueden ser de modo común, que rechazan el ruido en la línea en relación con la tierra como si la línea fuera un solo conductor
o modo diferencial, que bloquean las señales para que no se inyecten en la red y se agreguen a la señal de la red, que es en sí misma modo diferencial.

Un filtro implementado correctamente a menudo tendrá filtros de modo común y diferencial.
Como se muestra, el diseño actual no tiene :-(.

Sospecho firmemente que el diagrama se amaneció incorrectamente: no coincide con el diagrama en la segunda versión de la hoja de datos que agregué a la pregunta. La segunda hoja de datos muestra un símbolo "Z" en el inductor del filtro, lo que entiendo que significa que los extremos punteados están en los extremos opuestos de la bobina. (Vea el diagrama a continuación para que esto tenga sentido). La "Z" azul estaba presente pero la he coloreado de azul. He agregado la elipse roja y los puntos que creo que están implícitos.

En un filtro de modo común, el "punto" en cada devanado estará en el mismo "lado" del filtro, ya sea en el lado de la línea o en el lado del equipo. Para funcionar correctamente, el filtro debe ir seguido de un condensador con referencia a tierra, por lo que la tapa debe dividirse en dos tapas con una derivación central conectada a tierra. Vea la parte izquierda del diagrama a continuación.

Un filtro de modo diferencial tiene puntos en el lado opuesto del filtro y no es necesario que el capacitor asociado esté conectado al centro ni conectado a tierra. Vea la parte derecha del diagrama a continuación.

El filtro, como se muestra en el circuito suministrado, tiene puntos de modo común pero conexiones de condensador de modo diferencial, es decir, sin tapas con derivación central.
Funcionará mucho menos bien que si Cin1 tuviera dos tapas en serie con el centro conectado a tierra O si se agregaran dos tapas más en serie a través de Cin1 con su punto central conectado a tierra. Imagen de aquí .

Una búsqueda en Internet de "filtro de línea" mostrará muchos ejemplos.

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¡Hoja de datos de FSGM en formato JPG!

Puede ser muy difícil calcular los valores del filtro EMI, ya que EMI depende más del diseño físico del circuito que de la topología misma. Los elementos parásitos relacionados con el espaciado de los componentes, el blindaje, la captación, el acoplamiento, etc. superarán en número a la cantidad de piezas reales. A menudo se necesita un enfoque más empírico.

La solución EMI tampoco puede ser 'probada' analíticamente como buena. Debe tomar medidas con un analizador de espectro adecuado y LISN (red de estabilización de impedancia de línea) en múltiples condiciones y probar empíricamente que el producto completo cumple con los estándares de emisión.

Su convertidor generará EMI en su frecuencia de conmutación y en múltiplos armónicos de esa frecuencia. Si tiene otros elementos de conmutación en el circuito, también puede ver frecuencias de suma y diferencia. Los diodos rectificadores ultrarrápidos generarán ruido de alta frecuencia (generalmente hasta megahercios) debido a su velocidad.

Obviamente, el inductor EMI tiene que transportar la corriente de línea. En la configuración de modo común, la corriente de entrada se cancelará para que no tenga que preocuparse de que se sature, pero el cable debe ser lo suficientemente grueso para transportar la corriente sin$I^2R$pérdidas.

Como decía Russell, un filtro de modo común adecuado combinará un inductor de modo común (puntos de fase en los mismos extremos) con algunos condensadores en Y (una tapa de cada devanado a tierra protectora). Los capacitores utilizados para esta función DEBEN tener aprobación de seguridad para aplicaciones Y. Su diseño debe incluir al menos un juego de capacitores en Y.

Los dos condensadores transversales (Cin1 y Cin2) se denominan condensadores X (ya que "cruzan" la red). Estos actúan más sobre el ruido de modo diferencial, junto con cualquier inductor de modo diferencial.

Como punto de partida, debe asegurarse de que su filtro tenga mucha atenuación en la frecuencia de conmutación principal del convertidor, ya que esta suele ser la fuente de EMI más fuerte en la fuente de alimentación.

Para un inductor de modo común, esto generalmente se logra teniendo la inductancia lo más alta posible, para asegurar la mayor reactancia inductiva a la frecuencia de conmutación. Esto suele implicar material de ferrita de alta permeabilidad, para lograr la inductancia sin necesidad de muchas vueltas. Los núcleos toroidales se utilizan a menudo, ya que permiten que los devanados del lado de la línea y del lado neutro encajen simétricamente en el núcleo, generalmente con un espaciador aislante entre los devanados.

Los condensadores X e Y son un poco más fáciles: sus hojas de datos tendrán curvas características que muestran su atenuación en función de la frecuencia.

Una vez que se haya decidido por sus capacitores e inductores, es hora de comenzar a medir, ajustar, volver a medir, volver a ajustar...