Cómo seleccionar un filtro de modo común para la electrónica de potencia

Esas grandes bobinas en las unidades de suministro de energía hacen más que solo aumentar o disminuir el voltaje/corriente desde los valores de línea. Lo mismo se puede decir de las unidades de suministro/gestión de energía que toman energía de baterías u otras fuentes de CC. La filtración de EMI es solo un aspecto de proporcionar energía limpia a los componentes aguas abajo y prevenir problemas de integridad de señal debido a EMI conducido fuerte.

Cuando necesitas colocar un filtro EMI en las líneas de suministro en tu sistema de energía, puedes usar un inductor de modo común para suprimir el EMI conducido de modo común en tu sistema. Los inductores de modo común tienen otros usos aparte de la filtración de energía ya que también pueden filtrar cualquier corriente de modo común inducida por EMI radiado. Presentaremos algunas pautas para trabajar con sistemas de energía, estas pautas pueden aplicarse en cualquier momento que necesites seleccionar un inductor de modo común para la filtración de EMI.

Filtración de EMI con un Inductor de Modo Común

Cuando conectas un sistema de energía a líneas de CA, el ruido puede pasar al sistema como EMI conducido e interferir con el funcionamiento adecuado de la electrónica de potencia y los componentes a los que estos sistemas suministran energía. Los inductores de modo común aprovechan la inducción magnética para cancelar el ruido de modo común en las líneas de entrada de energía en un sistema de regulación, acondicionamiento o conversión de energía. Hay algunas especificaciones básicas que se deben verificar en las hojas de datos al buscar un inductor de modo común:

• Resistencia de CC. Las bobinas tendrán alguna resistencia de CC debido al grosor y longitud del alambre. Para aplicaciones de electrónica de potencia, esto debería ser lo más bajo posible para prevenir la pérdida de energía y el exceso de calor que se disipa en las bobinas. 

• Calificaciones de voltaje y corriente. Estas calificaciones eléctricas no deben ser excedidas en tu aplicación particular. Nota que la calificación de corriente tiende a escalar con la resistencia de CC ya que bobinas más gruesas pueden manejar mayor corriente sin calentarse demasiado. 

• Atenuación de modo común. Esto te indica cómo se atenúa el modo común en diferentes frecuencias. Nota que un inductor de modo común ideal tendrá un espectro de atenuación lineal; este no es el caso con los inductores reales. La capacitancia parasitaria de la bobina del inductor creará un pico de resonancia en el espectro de atenuación. 

• Capacitancia de bobinado. Algunos inductores de modo común especificarán este valor, pero no siempre lo encontrarás en las hojas de datos. Una capacitancia de bobinado menor es deseable para diseños de alta velocidad ya que quieres prevenir que el ruido de corrientes de retorno cercanas se acople de modo común en la salida del inductor. 

• Calificaciones de ESD. Cuando estos inductores se usan en sistemas de alta tensión, entonces las calificaciones de ESD se vuelven importantes para la seguridad. También ayuda verificar el cumplimiento de normas (las normas UL e IEC son comunes para productos de alta tensión/telecomunicaciones/industriales).

Inductores de Modo Común para Sistemas de Alta Potencia

Los inductores para sistemas de alta tensión/corriente normalmente se empaquetan de la misma manera que los inductores grandes, y funcionan justo como filtros de paso bajo. Los puntos mencionados anteriormente también aplican para inductores de modo diferencial, y para inductores integrados en circuitos integrados (ICs). Estos inductores a menudo vienen en arreglos y están diseñados para aplicaciones de alta banda ancha como cámaras de alta velocidad (por ejemplo, HDMI o MIPI), LVDS, o aplicaciones similares que requieren filtración en el borde de la banda.

Para sistemas de alta potencia, no encontrarás este tipo de paquetes; los inductores de modo común para aplicaciones de alta potencia están hechos de grandes ferritas o materiales ferromagnéticos con grandes bobinas de cobre. Aquí hay algunos ejemplos de opciones de inductores de modo común que encontrarás en el mercado:

Schaffner, RB6122-50-0M3

El inductor de modo común RB6122-50-0M3 de Schaffner es ideal para sistemas de potencia AC de alta tensión (clasificado hasta 600 V AC) o sistemas de potencia DC de alta tensión (clasificado hasta 1000 V DC), como instalaciones fotovoltaicas o bancos de baterías. El diseño de bobina abierta permite la refrigeración por convección a lo largo de las bobinas y asegura una capacitancia de bobinado relativamente baja. Estas bobinas están clasificadas hasta 50 A a 60 °C con una frecuencia de operación de hasta 400 Hz. El diseño abierto y la baja capacitancia de bobinado sitúan la resonancia de atenuación para estas bobinas en ~500 kHz. A continuación, se muestran algunas curvas de resonancia típicas para los componentes de las series RB6XXX y RB5XXX.

Curvas de resonancia de atenuación para otros inductores de modo común de Schaffner. Del datasheet RB6122-50-0M3.

Bourns, 7105

Esta bobina de inductor de modo común de 4.25 mH de Bourns está clasificada para hasta 1 A de corriente DC con una fuerza dieléctrica AC RMS de 3750. Este componente es excelente para la filtración de entrada con convertidores de potencia de alta tensión. Otros inductores en la serie 71XX de Bourns proporcionan hasta 50 mH de inductancia (7121, 2 A de corriente máx.), o hasta 10 A de corriente máx. (7124, 3 mH de inductancia). Estos inductores de modo común de montaje pasante tienen un perfil bajo con hasta 1 pulg. por 1 pulg. de sección transversal cuando se montan en un PCB.

Schurter, DLFL-0147-25D2

El inductor de modo común DLFL-0147-25D2 de Schurter es un inductor de modo común toroidal de polvo de hierro con voltaje clasificado de hasta 440 V AC @ 50 Hz. La clasificación máxima de corriente (45 A a 25 °C) tiene una desclasificación sensible como se muestra a continuación y no debe usarse a temperaturas excesivamente altas. A pesar de la desclasificación sensible, proporciona 2 kV de voltaje de aislamiento efectivo y cumple con la categoría climática IEC 60068-1 25/100/21. Este componente funciona mejor cuando se monta lo más cerca posible de la fuente de cualquier EMI conducida en un circuito, aunque todavía puede usarse para la filtración de línea a corriente moderada.

Curva de desclasificación para el inductor de modo común DLFL-0147-25D2 de Schurter. Extraído del datasheet del DLFL-0147-25D2.

Otros Componentes para la Gestión de Energía

Incluso después de seleccionar componentes de inductores de modo común y otros filtros para su sistema, probablemente necesitará una gama de componentes para gestionar la distribución de energía en su fuente de alimentación. Aquí hay algunos otros componentes comunes necesarios para sistemas de alta tensión/corriente:

• Diodos TVS u otros componentes de protección contra sobretensiones

• Inductores para usar en circuitos PFC y etapas reguladoras

• Amplificadores y controladores de detección de corriente

Hay muchos componentes que puede usar para construir un filtro de paso bajo para fuentes de alimentación y sistemas de gestión de energía, y las bobinas de inductor de modo común son una opción para la filtración de EMI. Cuando necesite estos u otros componentes para su próximo sistema, utilice las funciones avanzadas de búsqueda y filtrado en Octopart cuando necesite una solución completa para la adquisición de electrónicos. Eche un vistazo a nuestra página de circuitos integrados de gestión de energía para encontrar algunos otros componentes que necesitará para la electrónica de potencia.

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