Tenga cuidado con la entrada

Al diseñar filtros EMI, cómo y dónde se instala el filtro es fundamental para obtener las pérdidas de inserción deseadas. Por lo general, el efecto de una ubicación o instalación incorrecta no se considera en el diseño del filtro y aparecen sorpresas.

Hace unas semanas estaba trabajando en un producto de una empresa que fallaba en emisiones conducidas. El producto se alimentó de una red eléctrica de 240 V 50 Hz (Europa) que consumía 10 A y se incluyó un filtro personalizado en el diseño para tratar de pasar las regulaciones para emisiones conducidas en el rango de 9 kHz-30 MHz.

El esquema del filtro utilizado en este producto se incluye en la Figura 1. El filtro estaba compuesto por dos condensadores X2 de 100 nF, un estrangulador de modo común de 470 uH y dos condensadores de 4,7 nF.

Figura 1: Esquema del filtro en estudio.

Sin embargo, los resultados obtenidos en la casa de pruebas de EMC por parte de la empresa fueron realmente malos (>20dB) en comparación con los resultados esperados de la teoría y la simulación en el rango de 1MHz a 10MHz.

Cuando un filtro no funciona como se esperaba, suelo comprobar algunos puntos típicos:

En mi análisis pude identificar que ninguno de los efectos anteriores era el origen del problema por lo que fui a revisar cómo estaba cableado el filtro y encontré que la entrada y la salida del filtro estaban muy cerca una de la otra. Esta es una situación peligrosa, especialmente para el rango de alta frecuencia.

He reproducido parcialmente el efecto para que puedas entender la idea (la identificación exacta y las imágenes del sistema son confidenciales).

Considere, por ejemplo, que tiene un filtro blindado como el de la Figura 2. Tenga en cuenta que, en teoría, estaremos esperando una respuesta de filtrado diferencial de paso bajo.

Figura 2: Filtro utilizado en nuestro ejemplo en diseño "ideal".

Ahora, considere la Figura 3 donde el filtro está instalado con los cables de entrada y salida cerca uno del otro.

Figura 3: Filtro utilizado en nuestro ejemplo con una distancia corta entre los cables de entrada y salida.

Ahora, la posición de los cables crea algún tipo de acoplamiento entre la entrada y la salida del filtro. Este acoplamiento puede ser capacitivo (campo eléctrico) e inductivo (campo magnético), por lo que la respuesta teórica del filtro de paso bajo se "cortocircuita" y las señales pueden pasar fácilmente de la entrada a la salida (especialmente en el rango de alta frecuencia). En las Figuras 2 y 3, no estoy considerando los efectos parásitos de los componentes.

Para verificar la instalación del filtro en nuestro producto, utilicé mi analizador de redes Bode 100 con el producto APAGADO. Los resultados se incluyen en la Figura 4.

Figura 4: Respuesta medida del filtro con enrutamiento bueno-malo de los cables de entrada y salida.

Tenga en cuenta que la respuesta a bajas frecuencias (<600 kHz) no se ve afectada por la retroalimentación de E/S parásita. Sin embargo, se degrada hasta 30 dB en el rango de frecuencia de 1 a 10 MHz cuando hay retroalimentación de E/S similar a la Figura 3.

Es interesante notar en nuestras mediciones el pico en la respuesta a 361kHz (cursor 1, verde). Esta es una situación muy peligrosa si el pico supera los 0dB y no está relacionado con la retroalimentación de E/S (tema para un artículo futuro).

Observe también cómo la respuesta de paso bajo en el filtro está dominada por componentes parásitos a frecuencias superiores a 2,5 MHz (cursor 2, naranja).

Mi consejo final: al hacer el diseño de un filtro en formato cableado o PCB, TENGA CUIDADO con la retroalimentación de E/S. Intente enrutar las líneas correctamente para minimizar la retroalimentación parásita que degrada la respuesta del filtro en frecuencias altas.

Referencias

Arturo Mediano recibió su M.Sc. (1990) y su doctorado (1997) en Ingeniería Eléctrica por la Universidad de Zaragoza (España), donde ha ocupado una cátedra de docencia en EMI/EMC/RF/SI desde 1992. Desde 1990, ha estado involucrado en I+D proyectos en campos EMI/EMC/SI/RF para comunicaciones, industria y aplicaciones científico/médicas con una sólida experiencia en formación, consultoría y resolución de problemas para empresas en España, USA, Suiza, Francia, Reino Unido, Italia, Bélgica, Alemania, Canadá, Países Bajos, Portugal y Singapur. Es fundador de The HF-Magic Lab®, laboratorio especializado en diseño, diagnóstico, resolución de problemas y formación en los campos EMI/EMC/SI y RF en el I3A (Universidad de Zaragoza), y desde 2011 es instructor de Besser Associates (CA, EE. UU.) que ofrece cursos públicos e in situ sobre temas de EMI/EMC/SI/RF en los EE. UU., especialmente en Silicon Valley/Área de la Bahía de San Francisco. Es miembro sénior del IEEE, miembro activo desde 1999 (presidente 2013-2016) del Comité Técnico MTT-17 (HF/VHF/UHF) de la Sociedad de Teoría y Técnicas de Microondas y miembro de la Sociedad de Compatibilidad Electromagnética. Se puede contactar a Arturo en [email protected].

arturo medianoFiltros EMIconsejos prácticos

Arturo Mediano recibió su M.Sc. (1990) y su doctorado (1997) en Ingeniería Eléctrica por la Universidad de Zaragoza (España), donde ha ocupado una cátedra de docencia en EMI/EMC/RF/SI desde 1992. Desde 1990, ha estado involucrado en I+D proyectos en campos EMI/EMC/SI/RF para comunicaciones, industria y aplicaciones científico/médicas con una sólida experiencia en formación, consultoría y resolución de problemas para empresas en España, USA, Suiza, Francia, Reino Unido, Italia, Bélgica, Alemania, Canadá, Países Bajos, Portugal y Singapur. Es fundador de The HF-Magic Lab®, laboratorio especializado en diseño, diagnóstico, resolución de problemas y formación en los campos EMI/EMC/SI y RF en el I3A (Universidad de Zaragoza), y desde 2011 es instructor de Besser Associates (CA, EE. UU.) que ofrece cursos públicos e in situ sobre temas de EMI/EMC/SI/RF en los EE. UU., especialmente en Silicon Valley/Área de la Bahía de San Francisco. Es miembro sénior del IEEE, miembro activo desde 1999 (presidente 2013-2016) del Comité Técnico MTT-17 (HF/VHF/UHF) de la Sociedad de Teoría y Técnicas de Microondas y miembro de la Sociedad de Compatibilidad Electromagnética.

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