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Filtrado de ruido de modo común mediante filtros EMI monolíticos

Aunque los choques de modo común son populares, una alternativa podría ser un filtro EMI monolítico. Cuando se colocan correctamente, estos componentes cerámicos multicapa proporcionan un excelente rechazo de ruido de modo común.
Muchos factores aumentan la cantidad de interferencia de "ruido" que puede dañar o interferir con la funcionalidad de los equipos electrónicos. Los automóviles de hoy en día son un excelente ejemplo. En un automóvil, encontrará Wi-Fi, Bluetooth, radio satelital, sistemas GPS y eso es solo el comienzo. Para manejar esta interferencia de ruido, la industria generalmente usa blindaje y filtros EMI para eliminar el ruido no deseado. Pero algunas soluciones tradicionales para eliminar EMI/RFI ya no son suficientes.
Este problema lleva a muchos fabricantes de equipos originales a evitar el uso de diferenciales de 2 capacitores, 3 capacitores (un capacitor X y 2 capacitores Y), filtros de paso, bobinas de choque de modo común o una combinación de estos para una solución más adecuada, como un filtro EMI monolítico con mejor rechazo de ruido en un paquete más pequeño.
Cuando los equipos electrónicos reciben fuertes ondas electromagnéticas, se pueden inducir corrientes no deseadas en el circuito y provocar un funcionamiento no deseado o interferir con el funcionamiento previsto.
EMI/RFI puede ser en forma de emisiones conducidas o radiadas. Cuando EMI es conducida, significa que el ruido viaja a lo largo de los conductores eléctricos. La EMI radiada ocurre cuando el ruido viaja a través del aire en forma de campos magnéticos u ondas de radio.
Incluso si la energía aplicada desde el exterior es pequeña, si se mezcla con las ondas de radio utilizadas para la transmisión y la comunicación, puede causar pérdida de recepción, ruido anormal en el sonido o interrupción del video. Si la energía es demasiado fuerte, puede dañar equipos electrónicos.
Las fuentes incluyen ruido natural (p. ej., descargas electrostáticas, iluminación y otras fuentes) y ruido artificial (p. ej., ruido de contacto, equipos con fugas que utilizan altas frecuencias, emisiones no deseadas, etc.). Por lo general, el ruido EMI/RFI es un ruido de modo común , por lo que la solución es usar un filtro EMI para eliminar las altas frecuencias no deseadas, ya sea como un dispositivo separado o integrado en una placa de circuito.
Filtros EMI Los filtros EMI generalmente consisten en componentes pasivos, como capacitores e inductores, que están conectados para formar un circuito.
“Los inductores permiten el paso de corriente continua o de baja frecuencia mientras bloquean las corrientes de alta frecuencia no deseadas.Los condensadores proporcionan una ruta de baja impedancia para desviar el ruido de alta frecuencia de la entrada del filtro a la alimentación o conexión a tierra”, dijo Christophe Cambrelin, de la empresa de condensadores Johanson Dielectrics.EMI filter.
Los métodos tradicionales de filtrado de modo común incluyen filtros de paso bajo que utilizan condensadores que pasan señales con frecuencias por debajo de una frecuencia de corte seleccionada y atenúan las señales con frecuencias por encima de la frecuencia de corte.
Un punto de partida común es aplicar un par de capacitores en una configuración diferencial, con un capacitor entre cada rastro de la entrada diferencial y tierra. Los filtros capacitivos en cada rama desvían EMI/RFI a tierra por encima de la frecuencia de corte especificada. Dado que esta configuración implica Al enviar señales de fases opuestas a través de los dos cables, la relación señal-ruido mejora mientras que el ruido no deseado se envía a tierra.
“Desafortunadamente, el valor de capacitancia de los MLCC con dieléctricos X7R (generalmente utilizados para esta función) puede variar significativamente con el tiempo, el voltaje de polarización y la temperatura”, dijo Cambrelin.
“Entonces, aunque dos condensadores coincidan estrechamente en un momento dado a temperatura ambiente con un voltaje bajo, es probable que terminen con valores muy diferentes una vez que cambie el tiempo, el voltaje o la temperatura.Este desajuste entre los dos cables dará como resultado respuestas desiguales cerca del corte del filtro.Por lo tanto, convierte el ruido de modo común en ruido diferencial”.
Otra solución es conectar un condensador "X" de gran valor entre los dos condensadores "Y". La derivación capacitiva "X" proporciona un equilibrio de modo común ideal, pero también tiene el efecto secundario indeseable del filtrado de señal diferencial. Quizás la solución más común y una alternativa a un filtro de paso bajo es un estrangulador de modo común.
Un estrangulador de modo común es un transformador 1:1 con ambos devanados actuando como primario y secundario. En este método, la corriente a través de un devanado induce una corriente opuesta en el otro devanado. Desafortunadamente, los estranguladores de modo común también son pesados, costosos y susceptibles. a fallas inducidas por vibraciones.
No obstante, un estrangulador de modo común adecuado con coincidencia y acoplamiento perfectos entre los devanados es transparente a las señales diferenciales y tiene una alta impedancia al ruido de modo común. Una desventaja de los estranguladores de modo común es el rango de frecuencia limitado debido a la capacitancia parásita. Para un material de núcleo dado , cuanto mayor sea la inductancia utilizada para obtener el filtrado de baja frecuencia, más vueltas se requieren, lo que da como resultado capacitancias parásitas que no pueden pasar el filtrado de alta frecuencia.
Los desajustes entre los devanados debido a las tolerancias mecánicas de fabricación provocan un cambio de modo, donde una parte de la energía de la señal se convierte en ruido de modo común y viceversa. Esta situación puede causar problemas de inmunidad y compatibilidad electromagnética. El desajuste también reduce la inductancia efectiva de cada ramal.
En cualquier caso, los estranguladores de modo común ofrecen ventajas significativas sobre otras opciones cuando la señal diferencial (paso) opera en el mismo rango de frecuencia que el ruido de modo común que debe ser rechazado. Usando un estrangulador de modo común, la banda de paso de la señal puede extenderse. a la banda de rechazo de modo común.
Filtros EMI monolíticos Aunque los estranguladores de modo común son populares, también se pueden usar filtros EMI monolíticos. Cuando se colocan correctamente, estos componentes de cerámica multicapa brindan un excelente rechazo de ruido de modo común. Combinan dos capacitores de derivación balanceados en un paquete para la cancelación y el blindaje mutuos de la inductancia. .Estos filtros usan dos caminos eléctricos separados dentro de un solo dispositivo conectado a cuatro conexiones externas.
Para evitar confusiones, se debe tener en cuenta que los filtros EMI monolíticos no son capacitores de paso tradicionales. Aunque se ven iguales (mismo empaque y apariencia), tienen un diseño muy diferente y no están conectados de la misma manera. Al igual que otros EMI Los filtros EMI monolíticos atenúan toda la energía por encima de la frecuencia de corte especificada y seleccionan para pasar solo la energía de la señal deseada, mientras desvían el ruido no deseado a "tierra".
Sin embargo, la clave es una inductancia muy baja y una impedancia coincidente. Para los filtros EMI monolíticos, los terminales están conectados internamente a un electrodo de referencia común (blindaje) dentro del dispositivo, y las placas están separadas por el electrodo de referencia. Electrostáticamente, los tres nodos eléctricos están formadas por dos mitades capacitivas que comparten un electrodo de referencia común, todas contenidas dentro de un único cuerpo cerámico.
El equilibrio entre las dos mitades del capacitor también significa que los efectos piezoeléctricos son iguales y opuestos, cancelándose entre sí. Esta relación también afecta la variación de temperatura y voltaje, por lo que los componentes en ambas líneas envejecen por igual. Si hay una desventaja en estos EMI monolíticos filtros, es que no funcionarán si el ruido de modo común tiene la misma frecuencia que la señal diferencial. “En este caso, un estrangulador de modo común es una mejor solución”, dijo Cambrelin.
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Hora de publicación: 19-abr-2022