Contramedidas para mitigar el ruido de líneas eléctricas mediante el uso de una bobina de choque en modo común de Murata

Las bobinas de choque en modo común (CMCC) son filtros que reducen el ruido en modo común, lo cual representa un problema en las líneas de transmisión diferencial (uso no automotriz: USB, HDMI, Mipi, etc.; uso automotriz: CAN, CAN-FD, 100Base-T1, 1000Base-T1, SerDes, A2B®, etc.), líneas eléctricas y líneas de audio.

En este artículo de Tadashi Tanaka de Murata, tendrá la oportunidad de explorar algunos ejemplos de contramedidas que requieren el uso de una bobina de choque en modo común para mitigar el ruido causado por el suministro de energía (sección 3 de Ingeniería de Productos, departamento de Ingeniería de Productos, división de Filtros EMI).

Los dispositivos electrónicos se componen, por lo general, de diversos semiconductores y bloques funcionales que deben recibir energía a una tensión específica. En muchos casos, estas tensiones específicas son todas diferentes. Cuando ocurre esto, es necesario convertir la tensión con la ayuda de un convertidor de CC a CC. Se trata de un circuito que convierte el suministro eléctrico a la tensión específica que se necesita para el funcionamiento de los componentes electrónicos.

Cuando se trabaja con diferentes tensiones específicas, la capacidad y el rendimiento eléctrico son dos de las principales consideraciones por tener en cuenta. Cuando ese es el caso, a menudo se emplean convertidores conmutados de CC a CC. Sin embargo, es importante prestarle atención al ruido que genera es conmutación. Si no se cumplen las normas de regulación de ruido, es necesario implementar algún tipo de contramedida para mitigar ese ruido.

Un ejemplo de una contramedida para mitigar el ruido de una línea eléctrica

Esta contramedida de ejemplo para mitigar el ruido se preparó con un convertidor general de CC a CC no aislado de tipo reductor (5 V a 1,8 V, Pout (potencia de salida) = 27 W) con una frecuencia de conmutación de 500 kHz.

El objetivo planteado es respetar lo establecido en la norma CISPR22 para dispositivos generales de clase B (dispositivos empleados en hogares regulares y entornos de industria ligera). Tras determinar si el modo de ruido se producía principalmente en modo diferencial o en modo común, se implementaron contramedidas efectivas para mitigar el ruido.

(1) Tensión del terminal de ruido (de 150 kHz a 30 MHz)

Se midió la tensión de modo común (tensión del terminal de ruido) en una línea con respecto a la tierra utilizando una red de suministro artificial (AMN). Cuando se mide la tensión del terminal de ruido en condiciones iniciales, podemos observar que se genera un espectro de ruido en múltiplos de la frecuencia de conmutación de 500 kHz (la frecuencia se convierte en n múltiplos).

1221 Murata Power line noise - image 1

Figura 1. Niveles iniciales de tensión en el terminal de ruido

Antes de proceder con la implementación de la contramedida para mitigar el ruido, se realizó una separación de modos utilizando un dispositivo Delta-LISN (red de estabilización de impedancia de línea), a fin de determinar si el modo de ruido era principalmente en modo diferencial o en modo común. Como se muestra en la figura 2, resulta que el ruido en este caso se trata principalmente de ruido en modo diferencial.

1221 Murata Power line noise - image 2

Figura 2. Separación del modo de ruido

Como resultado, el nivel de ruido se redujo de manera significativa cuando se utilizó el filtro tipo bloque EMIFIL® BNX029-01, debido a la alta eficacia que ofrece como contramedida para mitigar el ruido en modo diferencial.

1221 Murata Power line noise - image 3

Figura 3. Efectos para mitigar el ruido con el uso del dispositivo de tipo bloque EMIFIL®

Ruido de radiación (de 30 MHz a 6 GHz)

Tras implementar la contramedida que se describió más arriba, se evaluó el ruido de radiación a 10 m, con el objetivo de medir la intensidad de campo emitida al espacio y se descubrió un ruido de radiación que superaba ampliamente la tolerancia al ruido para dispositivos de clase B que establece la norma CISPR22 (figura 4).

Cuando se investigó la trayectoria de la radiación, se descubrió que el cable de suministro eléctrico de entrada del convertidor de CC a CC actuaba como una antena y emitía ruido al espacio circundante.

1221 Murata Power line noise - image 4

Figura 4. Niveles iniciales de ruido de radiación

El dispositivo BNX029-01 tiene la capacidad para eliminar el ruido en modo diferencial en una amplia banda de frecuencia que va de 100 kHz a 1 GHz, por lo que se estima que el ruido restante corresponde a un ruido en modo común.

Cuando se colocó la bobina de choque en modo común PLT10HH9016R0PN para mitigar el ruido en modo común, el nivel de ruido de radiación mejoró notablemente hasta cumplir con la tolerancia al ruido para dispositivos de clase B que establece la norma CISPR22. De este modo, se llegó a la conclusión de que el ruido de radiación correspondía principalmente a un ruido en modo común (figura 5).

1221 Murata Power line noise - image 5

Figura 5. Efectos para mitigar el ruido con el uso de una bobina de choque en modo común

Línea de bobinas de choque en modo común para líneas eléctricas

Murata Manufacturing Co., Ltd. ofrece de forma permanente una amplia variedad de componentes con diferentes capacidades y características a fin de proporcionar los componentes óptimos para las aplicaciones del cliente (tabla 1).

Nombre del producto Capacidad Impedancia en modo común Corriente nominal *1 Tensión nominal
DLW5BTM***TQ2
1221-Murata-Power-line-noise---produc-DLW5BTM
5,0 x 5,0 mm
T = 2,5 mm máx.
De 100Ω a 1400Ω
a 100 MHz
De 6 A a 2 A 50 V cc
PLT5BPH******SN
1221-Murata-Power-line-noise---produc-PLT5BPH
5,0 x 5,0 mm
T = 5,0 mm máx.
De 100Ω a 500Ω
a 100 MHz
De 5,6 A a 3,1 A 80 V cc
PLT10HH******PN
1221-Murata-Power-line-noise---produc-PLT10HH
12,9 x 6,6 mm
T = 9,3 mm máx.
De 45Ω a 100Ω
a 10 MHz
De 18 A a 15 A 300 V cc
De 400Ω a 1000Ω a 10 MHz De 10 A a 6 A 100 V cc

 

Tabla 1. Línea de bobinas de choque en modo común

*1 Con respecto a la corriente nominal, la reducción está configurada, por lo tanto, consulte las especificaciones detalladas de cada producto.

*2 El intervalo de temperatura de operación difiere para cada tipo de producto, por lo tanto, consulte las especificaciones detalladas de cada producto.

Resumen

Al implementar contramedidas para mitigar el ruido, resulta de suma importancia determinar si el modo de ruido corresponde al modo común o al modo diferencial. Murata ofrece de forma permanente bobinas de choque en modo común para líneas eléctricas de diferentes capacidades, por lo cual brindan la alta corriente nominal y la alta pérdida de inserción necesarias para proporcionar los productos óptimos de supresión de ruido para sus circuitos de suministro de energía.

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