Le bobine di blocco di modo comune (CMCC, Common Mode Choke Coils) sono filtri che riducono il rumore di modo comune, che è un problema sulle linee di trasmissione differenziali (per uso non automotive: USB, HDMI, Mipi, ecc.; per uso automotive: CAN, CAN-FD, 100Base-T1, 1000Base -T1, SerDes, A2B®, ecc.), sulle linee di alimentazione e sulle linee audio.
Scopri alcuni esempi di contromisure che permettono di utilizzare una bobina di blocco di modo comune per gestire il rumore delle fonti di alimentazione in questo articolo di Tadashi Tanaka, membro della Sezione 3 Progettazione prodotti, Dipartimento Progettazione prodotti, Divisione filtri EMI di Murata.
I dispositivi elettronici sono generalmente costituiti da più semiconduttori e blocchi funzionali ed entrambi questi elementi devono essere alimentati con una tensione ben precisa. In molti casi, le tensioni necessarie sono diverse. Quando ciò si verifica, la tensione deve essere convertita utilizzando un convertitore DC-DC, un circuito che converte l'alimentazione alla tensione necessaria per il funzionamento dei componenti elettronici.
Quando si lavora con tensioni diverse, le dimensioni e le prestazioni elettriche sono due considerazioni molto importanti. In questi casi, si utilizzano spesso dei convertitori DC-DC a commutazione. Tuttavia, è importante prestare attenzione al rumore causato dalla commutazione. Se gli standard di regolazione del rumore non vengono soddisfatti, è necessario implementare qualche tipo di contromisura per il rumore.
Esempio di contromisura per il rumore su una linea di alimentazione
Questo esempio di contromisura per il rumore è stato preparato con un tipico convertitore DC-DC step-down non isolato (da 5 V a 1,8 V, Pout = 27 W) con una frequenza di commutazione pari a 500 kHz.
In questo caso, l'obiettivo è soddisfare lo standard generale CISPR22 per i dispositivi di classe B (dispositivi utilizzati nelle normali abitazioni e negli ambienti dell'industria leggera). Dopo aver determinato se il modo del rumore fosse principalmente differenziale o comune, sono state implementate delle contromisure efficaci per il rumore.
(1) Tensione di rumore ai terminali (da 150 kHz a 30 MHz)
La tensione di modo comune (tensione di rumore ai terminali) è stata misurata per una linea rispetto a terra utilizzando una rete elettrica artificiale (AMN). Quando la tensione di rumore ai terminali viene misurata nelle condizioni iniziali, si nota che si ha uno spettro del rumore a multipli della frequenza di commutazione di 500 kHz (la frequenza viene convertita in n multipli).
Figura 1. Livelli iniziali di tensione di rumore ai terminali
Prima di procedere con l'applicazione della contromisura per il rumore, è stata eseguita la separazione del modo utilizzando Delta-LISN (Line Impedance Stabilization Network, rete di stabilizzazione dell'impedenza di linea) per determinare se il modo del rumore fosse principalmente differenziale o comune. Come mostrato nella figura 2, è chiaro che il rumore in questo caso è principalmente rumore di modo differenziale.
Figura 2. Separazione del modo del rumore
Di conseguenza, il livello di rumore è stato notevolmente ridotto quando si è utilizzato il filtro a blocco EMIFIL® BNX029-01, grazie alle contromisure altamente efficaci per il rumore di modo differenziale di tale dispositivo.
Figura 3. Effetti antirumore del filtro a blocco EMIFIL®
Rumore di radiazione (da 30 MHz a 6 GHz)
Dopo aver implementato la contromisura descritta in precedenza, è stato valutato il rumore di radiazione a 10 m per misurare l'intensità del campo emesso nello spazio e si è rilevato un rumore di radiazione che superava significativamente la tolleranza al rumore indicata nello standard CISPR22 per i dispositivi di classe B (figura 4).
Quando è stato esaminato il percorso delle radiazioni, si è scoperto che il cavo di alimentazione in ingresso del convertitore DC-DC fungeva da antenna e irradiava rumore nello spazio circostante.
Figura 4. Livelli iniziali del rumore di radiazione
Il dispositivo BNX029-01 è in grado di eliminare il rumore di modo differenziale su un'ampia banda di frequenza da 100 kHz a 1 GHz, quindi si è dedotto che il rumore rimanente fosse rumore di modo comune.
Quando è stata inserita una bobina di blocco di modo comune PLT10HH9016R0PN per gestire il rumore di modo comune, il livello del rumore di radiazione è notevolmente migliorato, andando a soddisfare la tolleranza al rumore indicata dallo standard CISPR22 per i dispositivi di classe B. Di conseguenza, si è capito che il rumore di radiazione era principalmente un rumore di modo comune (figura 5).
Figura 5. Effetti antirumore di una bobina di blocco di modo comune
Gamma di bobine di blocco di modo comune per linee di alimentazione
Murata Manufacturing Co., Ltd. offre un'ampia gamma di dimensioni e caratteristiche dei componenti per fornire dispositivi ottimali per le applicazioni dei clienti (tabella 1).
| Nome prodotto | Dimensioni | Impedenza modo comune | Corrente nominale *1 | Tensione nominale |
|---|---|---|---|---|
DLW5BTM***TQ2 |
5,0x5,0 mm T=2,5 mm max. |
Da 100 Ω a 1400 Ω a 100 MHz |
Da 6 A a 2 A | 50 V DC |
PLT5BPH******SN |
5,0x5,0 mm T=5,0 mm max. |
Da 100 Ω a 500 Ω a 100 MHz |
Da 5,6 A a 3,1 A | 80 V DC |
PLT10HH******PN |
12,9 x6,6 mm T=9,3 mm max. |
Da 45 Ω a 100 Ω a 10 MHz |
Da 18 A a 15 A | 300 V DC |
| Da 400 Ω a 1000 Ω a 10 MHz | Da 10 A a 6 A | 100 V DC |
Tabella 1. Gamma di bobine di blocco di modo comune
*1 Per quanto riguarda la corrente nominale, il derating è configurato, quindi consultare le specifiche dettagliate per ciascun prodotto.
*2 La gamma delle temperature d'esercizio è diversa per ogni tipo di prodotto, quindi consultare le specifiche dettagliate per ciascun prodotto.
Riassunto
Quando si implementano contromisure per il rumore, è estremamente importante determinare se il modo del rumore è comune o differenziale. Murata mette a disposizione bobine di blocco di modo comune per linee di alimentazione di qualsiasi dimensione che offrono valori elevati di corrente nominale e perdita di inserimento per garantire prodotti ottimali per la soppressione del rumore per i circuiti di alimentazione.
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