As correntes de modo diferencial e de modo comum podem fazer com que seu produto produza emissões irradiadas e conduzidas. Essas três técnicas podem ajudá-lo a medi-los.
Se você já lidou com questões de EMC por algum tempo, provavelmente já se deparou com o termo “correntes de modo comum”, que muitas vezes levam a emissões irradiadas. As correntes de modo comum (CM) e modo diferencial (DM) da entrada de energia das fontes de alimentação podem causar emissões conduzidas dos cabos. Os limites mundiais de interferência eletromagnética conduzida (EMI) podem fazer com que o produto falhe nos testes de conformidade.
Vários mecanismos criam correntes de modo comum (ICM). As correntes de modo diferencial (IDM) resultam das tensões de entrada que acionam os circuitos de conversão de energia de comutação. As correntes CM geralmente resultam do ruído de comutação do dispositivo de alimentação que é acoplado capacitivamente aos planos de referência ou à estrutura do chassi. A retificação e a comutação de potência causam altas correntes de comutação harmônicas. Usamos filtragem de entrada para minimizar esse ruído de comutação (EMI) do acoplamento à rede elétrica ou à porta de entrada CC.
Figura 1 mostra como as diferentes seções do filtro de linha afetam as correntes DM e CM. Por exemplo, o “X” capacitor além disso, a indutância DM do indutor pode reduzir o DM EMI. Da mesma forma, os capacitores “Y” mais a indutância CM do indutor podem reduzir o CM EMI. A capacidade de medir separadamente as contribuições DM e CM EMI nos permite especificar os valores apropriados dos componentes do filtro para minimizar esse EMI acoplado.
O método usual para avaliar emissões conduzidas (CE) é através de uma rede de estabilização de impedância de linha (LISN). Infelizmente, isso representa apenas a combinação de DM e CM EMI nos lados de linha ou neutro da entrada da rede elétrica CA. Para projetar adequadamente o filtro de entrada, realmente precisamos medir o DM e o CM EMI separadamente.
Usei três métodos para ajudar a separar os componentes de ruído DM e CM: sondas de corrente de RF, um dispositivo da Tekbox chamado “LISN Mate” e um novo analisador da EMZER, chamado EMScope.
Método de sonda de corrente RF
Este é provavelmente o método mais simples. As sondas de corrente de RF, quando conectadas a um analisador de espectro, podem medir correntes harmônicas de RF muito pequenas que produzem EMI conduzida. Ao prender a ponta de prova de corrente em torno dos fios de linha e neutro, medimos o CM EMI total (Figura 2).
Ao inverter um desses fios (não importa qual), medimos duas vezes o DM EMI, que é 6 dB maior (Figura 3).
Figura 4 mostra os gráficos combinados de DM e CM EMI. Podemos ver que a tensão DM é maior que a CM nas frequências mais baixas no caso desta fonte de alimentação CA.
Método LISN Mate
A avaliação de fontes de alimentação para emissões conduzidas requer um LISN. A Tekbox Digital Solutions lançou um dispositivo chamado LISN Mate (Figura 5). LISN Mate inclui circuitos que dividem sinais harmônicos DM de CM, o que é valioso para avaliar circuitos de filtro. A Tekbox especifica de 30 kHz a 110 MHz, mas caracteriza até 150 MHz.
Para dividir DM e CM usando o LISN Mate, são necessários dois LISNs conectados como em Figura 6.
Figura 7 mostra o DM e CM EMI de uma placa de demonstração do conversor DC-DC TI TPS54525. Dois Tekbox TBOH01 DC LISNs separados foram usados. O gráfico DM é maior que o gráfico CM neste caso, então eu começaria com o filtro DM, como um capacitor “X” na entrada DC. Provavelmente também precisaríamos de um indutor CM ou pelo menos um indutor em série na linha +DC.
Sendo capazes de ver a diferença entre DM e CM EMI, podemos especificar apenas os componentes de filtro corretos.
Método EMScope
O EMScope (Figura 8)é um instrumento completo que contém dois LISNs de 50 µH e um analisador de espectro que cobre 9 kHz a 30 MHz (uma opção se estende até 110 MHz) e pode exibir emissões conduzidas (Line-Gnd, Neutral-Gnd), DM ou CM EMI, ou uma combinação de todos os quatro em um único monitor. Ele também possui detectores de pico, quase pico e média e pode exibir qualquer combinação ou todos os três juntos. Como o EMScope é um analisador baseado em FFT em tempo real, as varreduras são rápidas, com atualizações para todos os traços exibidos a cada segundo.
Figura 9 mostra os gráficos DM e CM resultantes de uma lâmpada Utilitech LED 60 W (equiv.) mais antiga em comparação com o padrão CISPR 15 EMC para luminárias. Falha muito.
Gosto da facilidade e versatilidade do EMScope e do fato de ele poder ser usado com qualquer navegador da web.
Kit de filtro de linha de energia
Encerrarei este artigo mencionando um dos meus kits favoritos da Würth Elektronik: o “Design Your Filter Kit”, número 744998 (Figura 10). Este kit pode ajudá-lo a projetar filtros EMI para aplicações DC ou AC. O manual de instruções incluído ajuda a selecionar o componente correto dependendo dos gráficos DM ou CM medidos usando os três métodos acima.
Resumo
Embora as pontas de prova de corrente de RF sejam um tanto caras, elas também são as mais fáceis de usar para separar DM e CM EMI. O Tekbox LISN Mate seria útil se você estiver montando uma bancada de testes especificamente para medir emissões de fontes de alimentação. Depois de configuradas, as medições são relativamente rápidas.
Gosto da versatilidade do EMScope e, por menos de US$ 10 mil, seria uma adição valiosa à sua bancada de testes. Ele não exibirá apenas DM e CM EMI, mas também emissões conduzidas de linha convencional e neutra, com detecção de pico, quase-pico ou média, todas exibidas de uma vez ou em combinações. Assim, funciona bem para testes de pré-conformidade ou mesmo de conformidade, além de auxiliar no design do filtro.