por Mario junio 17, 2012, 8:30 am 11 Comentarios

Resolver o minimizar los problemas causados ​​por la Interferencia Electromagnética (EMI, Interferencia Electromagnética), es uno de los desafíos clave en el diseño de sistemas de energía conmutada o convertidores AC-DC. En este mismo conjunto se incorporan los modernos convertidores DC-DC que, poco a poco, van ganando lugar en el diseño optimizado gracias a su alta eficiencia energética, especialmente cuando los sistemas funcionan con respaldo de batería. El enorme crecimiento del mercado de baterías recargables nos dice que la portabilidad de los equipos electrónicos está en constante expansión y que los sistemas más eficientes energéticamente pueden ser los más dañinos, debido a la enorme cantidad de EMI que irradian. ¿Eliminarlos? Una quimera. ¿Reducirlos? Una posibilidad que no debemos ignorar en nuestros diseños.

La interferencia electromagnética (EMI) se considera uno de los desafíos más importantes durante el diseño de convertidores de corriente CA-CC y CC-CC. Este problema se puede considerar de esta manera porque su eliminación, total y / o directa, es básicamente imposible. Sin embargo, el gran trabajo de los ingenieros de diseño de todo el mundo tiene como objetivo intentar minimizar, en la medida de lo posible, sus orígenes y sus efectos. El propio ruido generado por fuentes conmutadas se propaga por la red de forma descontrolada, afectando en muchos casos, el funcionamiento de equipos electrónicos que comparten el uso de la misma red eléctrica doméstica. Estos ruidos se generan en los momentos en los que se produce un pico brusco (y de muy corta duración), tanto en tensión como en corriente y como norma general, proceden de los sistemas de conmutación de potencia del lado primario del convertidor. Aunque la mayoría de los diseños de convertidores utilizan una topología tradicional, basada en la conmutación controlada por PWM (Pulse Width Modulation) de la energía aplicada a un transformador (circuito altamente inductivo), durante algunos años, otros sistemas de control alimentan (siempre en el lado primario del convertidor). ) como resonante y cuasi-resonante, están ganando terreno en el mercado.

Los sistemas controlados por PWM, para quien no lo conozca, utilizan una señal de control rectangular, que tiene un ancho de pulso variable continua y permanentemente, en función del consumo de energía y los requisitos de funcionamiento a los que está sometido el convertidor. . En general, el resultado termina siendo una conmutación de la tensión de entrada en un transformador que, en cada corte (conmutación), genera una enorme multiplicidad de armónicos que forman un “ruido blanco” que se distribuye en la mayor parte del espectro. . Si este ruido no se filtra, apantalla o reduce adecuadamente mediante técnicas efectivas, viaja a través de los cables de la red doméstica interfiriendo con todo tipo de equipos electrónicos que utilizan la red e incluso irradia a niveles tan altos que, por ejemplo, impiden la recepción de una estación de Amplitud Modulada (550Khz - 1700Khz), en las cercanías de equipos que trabajen con este tipo de convertidores. En los casos más graves, en su vecindad anulan el funcionamiento de los sistemas de telefonía móvil, afectan a los equipos de electromedicina y provocan fallos impredecibles e incomprensibles en los sistemas de radiocomunicaciones.

La mayoría de convertidores AC-DC incorporan filtros EMI dentro del gabinete para suprimir mayoritariamente el ruido y se basan en circuitos inductivos simples que básicamente funcionan en modo diferencial, junto con capacitores (o capacitores) que se colocan en paralelo con la línea. Fuente de alimentación de red. Los circuitos más elaborados, de mayor calidad y costo, incorporan también capacitores referidos a GND que tienen la propiedad de filtrar el ruido y tienen un trabajo llamado modo común. Los convertidores de potencia CA-CC están diseñados para cumplir con varios estándares regulatorios y de seguridad, incluidos los diversos estándares EMI que existen en Europa y América. Los detalles individuales y los estándares que cumplen se describen generalmente con una gran cantidad de información en la documentación del producto. Sin embargo, durante la integración del sistema de varios subsistemas, incluido un convertidor de corriente CA-CC, un ingeniero de diseño puede encontrar necesario agregar más filtrado EMI a todo el sistema (la suma de los ruidos de cada etapa) para cumplir con todos los requisitos relevantes. regulaciones de la agencia. Un ejemplo de este caso es un televisor LCD o un portátil. El ruido generado por la fuente de conmutación que da energía al equipo, sumado al ruido generado por el PWM que controla la retroiluminación de la pantalla, suma una fuente de interferencia muy poderosa. Minimizar hasta casi eliminar este enorme problema invisible es el cuidado de los ingenieros de diseño de todo el mundo.

Además del filtro de línea mencionado anteriormente, las áreas de trabajo más intensas para cualquier diseñador se dividen en muchos focos o puntos de atención y entre las más importantes, a las que no se presta la debida atención en muchos diseños, encontramos las clásicas "bucles de tierra" ”Y el paso de cables o rutas de conducción (portadoras de ruido de conmutación) que no son tan cortas y están blindadas como deberían. Una ruta demasiado larga y mal desacoplada a tierra aparece como una antena que" irradia "los ruidos de conmutación hacia afuera, así como los bucles de tierra o bucles distribuidos por todo el equipo.

Por otro lado, estas inductancias favorecen un fenómeno conocido como “ring-up” que provoca una autoinducción sobre sí mismos dando lugar a picos de corriente muy elevados, que pueden llevar al colapso del sistema, destruyendo los elementos básicos de protección y conmutación. Este fenómeno es muy común cuando existen variaciones bruscas en la tensión de línea provocadas por múltiples factores, como problemas en el suministro de energía (central eléctrica), incluso por impulsos (cortos e intensos) de consumo en el motor de ascensor de un edificio. Finalmente, podemos agregar que las protecciones con Varistores de Óxido Metálico (MOV) ayudan a proteger y agregar robustez al sistema general de filtrado de ruido. ¿Está interesado en esta lucha de los diseñadores contra EMI? Si conoce este tema y puede aportar conocimientos para ayudar a los diseñadores a construir circuitos más eficientes y menos "sucios".

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en una ocasión el televisor se veía mal ... y cuando mi amigo desconectó el adaptador de su laptop volvió a la normalidad, a partir de ese día ya no le dejo conectar su adaptador 😀

Artículo impecable Mario! Aunque estaba esperando alguna fórmula para calcular estos filtros. Como consejo, sería muy interesante poder ver cómo se trabaja en la realidad, es decir, tomar una fuente de PC, por ejemplo, y observar y observar cómo se comportan las EMI y los armónicos a cada lado del filtro. Como experiencia, puedo citar el momento en que una fuente ATX de buena calidad pero con sus filtros no instalados (todos saben cómo los chinos bajan los costos) hizo que el módem de mi PC se desconectara una vez por minuto, luego de cambiar de fuente y hacer un par de pruebas más llegó al conclusión de que necesitaba un filtro, que obtuve de una fuente de servidor de muy buena calidad. El filtro, sumado a una buena descarga a tierra (otra práctica muy recomendable) resolvió todos los problemas, tan bien que puedo poner el módem en la fuente descubierta e Internet funciona perfectamente bien. Todo lo mejor.

Les comento un poco de teoría por si a alguien le interesa.

Para lanzar un producto electrónico a la venta, debe pasar una serie de pruebas para lograr la certificación, estas llamadas pruebas de compatibilidad electromagnética (EMC) varían en requisitos según el entorno de trabajo para el que están destinados los dispositivos electrónicos.

Los filtros EMI están diseñados, sobre todo, para poder pasar la prueba conocida como emisiones conducidas, que en lenguaje sencillo viene a ser: "no emitan demasiado ruido en los cables de alimentación".

Al momento de poder obtener la certificación, se destacan dos categorías que establecen los niveles máximos de ruido conducido. Estos dos niveles se conocen como "Clase A", también denominada industrial, y "Clase B", conocida como comercial. El segundo es más exigente que el primero.

Existe una multitud de filtros EMI, así como posibles configuraciones, que dependen del nivel de filtrado que desee insertar. Se venden integradas en el conector de alimentación, como caja externa, o agregadas en la propia PCB (la placa de circuito) integrada en el diseño inicial del dispositivo. Siendo este último el más utilizado. Esta es una imagen donde se muestran algunos modelos (http://www.gmelectronica.com.ar/gm/graficos/catalogo/filtros2.jpg).

El circuito del filtro puede tener varias etapas (otro capacitor y un estrangulador de modo común) e incluso se agregan resistencias (1Mohm) antes del estrangulador para descargar el capacitor y mejorar el filtrado.

Otro elemento filtrante es el varistor, aunque su función principal es proteger el dispositivo contra aumentos drásticos en la tensión de entrada, conocidos como pruebas de "sobretensión". Estos llegan a insertar picos de voltaje (2500 V, 5000 V) en la fuente de alimentación durante períodos de tiempo muy cortos. Los varistores deben ubicarse antes de los filtros EMI.

Otra prueba similar que hay que pasar, sobre todo de fuentes conmutadas, es la de "Emisiones Radiadas" que, a diferencia de la anterior, mide el ruido electromagnético que irradia el dispositivo a través del aire, y como bien se ha dicho en el post, puede afectar las comunicaciones inalámbricas. Los niveles, como en el caso anterior, suelen ser "clase A o clase B". Para realizar esta prueba, el dispositivo se coloca en una cámara anecoica y la señal que emite se mide con una antena. La prueba se realiza en cada lado del dispositivo.

Espero que la diatriba ayude a alguien. Si me he confundido con algo, corrígeme.

Un saludo y enhorabuena por el blog.

"Convertidores AC-DC y DC-DC"

Eso tiene un nombre: Rectificadores

# 4 El convertidor AC-DC está compuesto por un rectificador, filtro y reguladores de voltaje si es necesario, en el convertidor DC-DC es un circuito que mantiene el mismo formato de "corriente continua" pero mediante un control PWM en la conmutación. de un transistor controla la carga y descarga de un circuito LC, donde se obtiene como resultado un aumento de voltaje y corriente.

Técnicamente, en los convertidores DC-DC la señal ya se rectifica antes que el convertidor.

Estos se utilizan de tres formas: para bajar el nivel de voltaje (Step Down), subir el nivel de voltaje (Step Up) o para lograr voltajes aislados que pueden ser mayores, menores o de la misma magnitud que sus originales (Flyback, topologías Sepic, etc.).

El término rectificador se suele utilizar generalmente para el conjunto puente de diodos + condensadores, sin contar la regulación (lineal o conmutada).

Muy bien, repaso de mis cosas de poder.

Cuando realizo estudios para el marco teórico y práctico de mi trabajo de grado, estudio, analizo y verifico el funcionamiento de este tipo de filtros y por mi propia experiencia puedo decirte que funcionan muy bien.

Mi trabajo consistía en utilizar la red eléctrica como medio de comunicación conocido como PLC, por lo tanto tenía que asegurar la delimitación de la señal en un rango determinado de metros, para esto utilicé filtros de línea ya sea fabricados o comerciales, estos filtros eliminaban un rango de frecuencias específicas ya que la reactancia inductiva y capacitiva actúan de tal manera que entran en oscilación, convirtiéndose en un filtro a frecuencias específicas, aclaro que los filtros que ensamblé fueron para frecuencias de 120 a 300 khz.

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