Colocación de componentes de filtro para reducir EMI

Question

Colocación de componentes de filtro para reducir EMI

arcoparque

Una fuente de interferencia electromagnética (EMI) está conectada a un filtro y a un LISN .

La fuente EMI es una fuente de modo común: genera una señal no deseada que fluye desde el generador $V_g$ , se divide igualmente y fluye a través de las ramas CALIENTE y NEUTRO y regresa al generador a través de tierra (observe que LISN también está conectado a la misma tierra).

El filtro se coloca entre la fuente de EMI y el LISN para desviar a tierra la señal de EMI antes de que llegue a la red eléctrica de CA. El voltaje de entrada en el LISN es una medida de la señal EMI que saldrá a la red eléctrica de CA.

Hay dos topologías disponibles para el filtro.

Primera configuración:

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Segunda configuración:

esquemático

^{simular este circuito}

$L_1$ y $L_2$ son (en ambos circuitos) inductores mutuamente acoplados , con $L_1 = L_2 = L \simeq M$ , por lo que ambos tienen una inductancia total de $L + M \simeq 2L$ .

Observe que los voltajes $V_L$ son iguales porque las dos ramas son iguales y la corriente producida por $V_g$ divide igualmente entre las dos ramas. La primera configuración da una mayor $V_L$ que la segunda, por lo que la primera configuración es la peor.

¿Por qué?

Dibujé los circuitos equivalentes para toda la señal: el camino de regreso al que estoy interesado es a través de tierra . Entonces, en la primera configuración el circuito equivalente es

esquemático

^{simular este circuito}

y en el segundo es como sigue:

esquemático

^{simular este circuito}

La resistencia izquierda es $R_{LISN} / 2$ porque es el paralelo de las resistencias de entrada del LISN visto de CALIENTE a tierra y de NEUTRO a tierra: si ambos son $R_{LISN}$ , $R_{LISN} || R_{LISN} = R_{LISN} / 2$ .

Entonces obtuve la $V_L$ voltajes: en el primer caso es

V_{L} = V_{gramo} \frac{(R_{L I S norte} / 2) | | (2 C_{y})}{R_{gramo} + s L + (R_{L I S norte} / 2) | | (2 C_{y})}

$V_L = V_g \displaystyle \frac{(R_{LISN} / 2) || (2C_y)}{R_g + sL + (R_{LISN} / 2) || (2C_y)}$

y en el segundo es mucho más complicado. Si no cometí errores, debería ser

V_{L} = V_{gramo} (R_{L I S norte} / 2) \frac{s L + (R_{L I S norte} / 2)}{R_{gramo} (2 C_{y} + s L + (R_{L I S norte} / 2)) + 2 C_{y} (s L + R_{L I S norte})}

$V_L = V_g (R_{LISN} / 2) \displaystyle \frac{sL + (R_{LISN} / 2)}{R_g(2C_y + sL + (R_{LISN} / 2)) + 2C_y(sL + R_{LISN})}$

Yo sé eso $R_g \gg R_{LISN}$ ; además, en tales casos, los inductores deben colocarse después de una pequeña impedancia y el capacitor después de una gran impedancia. Esto se confirma por el hecho de que la segunda configuración es mejor que la primera. Pero, de nuevo: ¿por qué?

No puedo ver esto de inmediato a partir de las expresiones que obtuve: ambos tienen $R_g$ en el denominador. Incluso si no es inmediatamente visible desde las matemáticas, ¿cuál podría ser la razón física de este comportamiento?

keith

Creo que se supone que las impedancias en sus circuitos simplificados son Rg, Cy/2 y 2L (porque es un estrangulador de modo común). Aunque ha pasado un tiempo desde que he hecho este tipo de cosas.

Andy alias

Dos inductores acoplados dan 4L

arcoparque

@Andyaka ¿Por qué? Si los dos inductores acoplados tienen la misma corriente, tienen una inductancia total de

L + M = 2 L

$L + M = 2L$ y

2 L | | 2 L = L

$2L || 2L = L$ . Es como la resistencia.

arcoparque

@mkeith

R_{g}

$R_g$ es correcto; la impedancia del condensador en los circuitos equivalentes es

1 / (s 2 C_{y})

$1/(s2C_y)$ y sí, es la mitad de la impedancia inicial

1 / (s C_{y})

$1 / (sC_y)$ . Para

L

$L$ , por favor vea el comentario de arriba.

keith

En realidad, con respecto a los condensadores, estaba equivocado, pero no estaba claro, y encontraste una manera de interpretar lo que dije como algo correcto. Estaba pensando en la impedancia diferencial. Para la impedancia de modo común, realmente es 2C. ¿Intentó simular el circuito para confirmar sus cálculos? Con respecto al estrangulador CM, no estoy muy seguro en este momento, así que no diré nada.

Andy alias

electronics-tutorials.ws/inductor/series-inductors.html - lo que tiene es L1+L2, luego hay 2M que se suma a esto haciendo L1+L2+2

\sqrt{L 1. L 2}

$\sqrt{L1.L2}$ = 4L para inductores iguales acoplados al 100%, ahora deje de discutir e investigue un poco para respaldar su afirmación absurda.

arcoparque

@Andyaka, deberías leer más detenidamente mi publicación. En los dos primeros circuitos,

V_{g}

$V_g$ es una fuente de modo común y produce una señal que se divide por igual en las dos ramas de su izquierda: estos inductores tienen el mismo voltaje, porque las ramas son iguales y la corriente es la misma en ambas. Las dos últimas imágenes son los circuitos equivalentes de las primeras. Los dos inductores están en paralelo y ciertamente no en serie. Entonces, su inductancia equivalente es la mitad de su inductancia individual y no es posible discutir más sobre esto.

arcoparque

@mkeith gracias de todos modos. No, no simulé el circuito hasta ahora.

Respuestas (1)

Colocación de componentes de filtro para reducir EMI

Creo que se supone que las impedancias en sus circuitos simplificados son Rg, Cy/2 y 2L (porque es un estrangulador de modo común). Aunque ha pasado un tiempo desde que he hecho este tipo de cosas.
@Andyaka ¿Por qué? Si los dos inductores acoplados tienen la misma corriente, tienen una inductancia total de $L + M = 2L$ y $2L || 2L = L$ . Es como la resistencia.
@mkeith $R_g$ es correcto; la impedancia del condensador en los circuitos equivalentes es $1/(s2C_y)$ y sí, es la mitad de la impedancia inicial $1 / (sC_y)$ . Para $L$ , por favor vea el comentario de arriba.
En realidad, con respecto a los condensadores, estaba equivocado, pero no estaba claro, y encontraste una manera de interpretar lo que dije como algo correcto. Estaba pensando en la impedancia diferencial. Para la impedancia de modo común, realmente es 2C. ¿Intentó simular el circuito para confirmar sus cálculos? Con respecto al estrangulador CM, no estoy muy seguro en este momento, así que no diré nada.
electronics-tutorials.ws/inductor/series-inductors.html - lo que tiene es L1+L2, luego hay 2M que se suma a esto haciendo L1+L2+2 $\sqrt{L1.L2}$ = 4L para inductores iguales acoplados al 100%, ahora deje de discutir e investigue un poco para respaldar su afirmación absurda.
@Andyaka, deberías leer más detenidamente mi publicación. En los dos primeros circuitos, $V_g$ es una fuente de modo común y produce una señal que se divide por igual en las dos ramas de su izquierda: estos inductores tienen el mismo voltaje, porque las ramas son iguales y la corriente es la misma en ambas. Las dos últimas imágenes son los circuitos equivalentes de las primeras. Los dos inductores están en paralelo y ciertamente no en serie. Entonces, su inductancia equivalente es la mitad de su inductancia individual y no es posible discutir más sobre esto.
@mkeith gracias de todos modos. No, no simulé el circuito hasta ahora.

Pico de voltaje · Answer 1

Dejando de lado las matemáticas, una manera fácil de pensar en EMI es que un voltaje de alta frecuencia tomará el camino de menor impedancia de regreso a su fuente. En resumen, la dirección del filtro marcará la diferencia en el mundo real, pero no tanto en el caso ideal.

Si el filtro se coloca con tapas a la fuente de ruido, la ruta de corriente preferida será a través de las tapas. Podría imaginar L como una gran impedancia colocada después de una pequeña impedancia, la ruta preferida de las corrientes de alta frecuencia de regreso a la fuente es a través de la resistencia más pequeña, por supuesto, debe asegurarse de que la inductancia del filtro sea significativamente más alta que la inductancia del cap (que va a estar en el rango de nH).

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El problema con la segunda configuración es que no hay lugar para que la corriente HF vaya después de que se bloquee del inductor del filtro. Cualquier voltaje RF que atraviese el inductor será visto tanto por la carga como por las tapas por igual. También se puede atenuar, sin embargo, puede haber otro camino preferido que sea a través de la inductancia mutua entre los cables y el acoplamiento capacitivo a través del aire a otras cosas físicas para volver a la fuente. Es extremadamente difícil llegar a un modelo de circuito de lo que sucedería exactamente en una situación como esta. Hay demasiados parásitos y los cables y terminales empiezan a funcionar como antenas. Si alguna vez has estudiado la teoría de antenas, es más un arte. Si el inductor pudiera hacer el bloqueo por sí solo, entonces, ¿por qué necesitaría tapas en primer lugar? Idealmente se ven similares,

esquemático

^{simular este circuito}

¿Cómo sé esto? De hecho, encontré este mismo problema con un producto esta semana. Tuve un problema con una carga de conmutación. La carga producía RF, lo que provocaba interferencias en la placa de circuito impreso, incluso hasta el punto de provocar que un microcontrolador se "desconectara" y tuviera un fallo de comunicación. Coloqué una ferrita en el cable que sería como agregar un filtro con solo inductancia / impedancia HF. El problema fue atenuado. Luego agregué condensadores, el problema desapareció y funcionó mejor cuando las tapas apuntaban hacia la carga.

Recuerde la regla: HF tomará la ruta de menor impedancia, si proporciona una mejor ruta de baja inductancia, puede atenuar el problema. Oh, si está construyendo o seleccionando un filtro, asegúrese de que tenga baja inductancia entre las tapas colocando los componentes juntos.

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