¿Por qué se usa el filtro de interferencia electromagnética en SMPS?

Permítanme dar una representación simplificada del diagrama de bloques del SMPS

CA -> Filtro de línea -> Rectificador de puente -> Condensador de filtro -> Circuito primario y de conmutación del transformador -> Transformador secundario -> Rectificador -> Condensador de filtro -> CC

En la etapa de filtro de CA, el voltaje es CC de alto voltaje (> 300V). El circuito conmutador cambia la corriente a través del transformador primario utilizando un dispositivo de conmutación (generalmente un MOSFET) a alta frecuencia (> 50 kHz)

Esta conmutación produce EMI conductiva y radiativa: interferencia electromagnética en la frecuencia de conmutación y sus armónicos.

La EMI radiactiva puede reducirse hasta cierto punto mediante la construcción adecuada del transformador y también protegiéndola con un protector externo de cinta de cobre. Para un mejor blindaje, se pueden usar escudos de ferrita, pero creo que son principalmente para el rango de Megahercios.

La EMI conducida, sin embargo, va directamente a los rieles de CA a través de los diodos rectificadores. Este emi se conduce a ambos rieles (línea y neutro) y se llama ruido de modo común.

El ruido en modo común es mucho más fácil de eliminar que el ruido en modo diferencial (ruido en un solo riel). Para este propósito, se utilizan choques de modo común (inductores) junto con condensadores X (de línea a neutro) y condensadores Y (de línea / neutro a tierra). Este circuito con Choke, X e Y caps se llama filtro de línea, lo que reduce el EMI conducido de vuelta a la línea desde el SMPS.

Los X caps son básicamente para ruido en modo diferencial. El componente L suele ser la inductancia de fuga (inductancia desacoplada entre devanados) del estrangulador de modo común.

La interferencia electromagnética (EMI) es una de las principales preocupaciones para el diseño de fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS). Para cumplir con los requisitos reglamentarios internacionales de EMI, es necesario un filtro EMI para reducir el nivel de EMI conducido del SMPS por debajo del límite. Para diseños de filtros de comunicaciones y aplicaciones de microondas, las impedancias de fuente y terminación están bien definidas (generalmente especificadas a 50 Ω). Sin embargo, los niveles de impedancia de la fuente de ruido dentro de un SMPS no están disponibles fácilmente. Por otro lado, el nivel de impedancia de la salida del filtro, que es convencionalmente una red de estabilización de impedancia de línea (LISN), está bien definido.

Una fuente de alimentación conmutada es más eficiente que una fuente lineal porque utiliza interruptores entre ENCENDIDO y APAGADO para regular el voltaje. Esas transiciones rápidas generan señales de alta frecuencia que se propagarán a los circuitos alimentados y regresarán a través de las líneas de alimentación de entrada.

Por lo tanto, la necesidad de un blindaje efectivo.

Sin profundizar en la ciencia, la mayoría de los filtros emi están en el rango de alta frecuencia. Esto simplemente significa que si se midiera la señal, como una onda sinusoidal, por ejemplo, los ciclos estarían muy juntos.

Principalmente porque EMI se produce al cambiar las fuentes de alimentación en modo. Entonces, ya sea simplemente para cumplir con las regulaciones EMI o incluso práctico para evitar la interrupción EMI de los circuitos alimentados por la fuente de alimentación, necesita algún tipo de filtrado.