Fai attenzione agli input

Quando si progettano i filtri EMI, come e dove installare il filtro è fondamentale per ottenere le perdite di inserzione desiderate. Di solito, nella progettazione del filtro non si tiene conto dell'effetto di una posizione o di un'installazione sbagliata e si creano sorprese.

Qualche settimana fa stavo lavorando su un prodotto di un'azienda che non disponeva di emissioni condotte. Il prodotto era alimentato da una rete elettrica da 240 V 50 Hz (Europa) che consumava 10 A e nel progetto era incluso un filtro personalizzato per cercare di superare le normative per le emissioni condotte nella gamma 9 kHz-30 MHz.

Lo schema del filtro utilizzato in questo prodotto è incluso nella Figura 1. Il filtro era composto da due condensatori X2 da 100 nF, un'induttanza di modo comune da 470 uH e due condensatori da 4,7 nF.

Figura 1: Schema del filtro in studio.

Ma i risultati ottenuti nel test EMC dell'azienda sono stati davvero pessimi (>20dB) rispetto ai risultati attesi dalla teoria e dalla simulazione nell'intervallo da 1 MHz a 10 MHz.

Quando un filtro non funziona come previsto, di solito controllo alcuni punti tipici:

Nella mia analisi ho potuto constatare che nessuno degli effetti precedenti era all'origine del problema quindi sono andato a controllare come era cablato il filtro e ho scoperto che l'ingresso e l'uscita del filtro erano molto vicini tra loro. Questa è una situazione pericolosa, soprattutto per la gamma delle alte frequenze.

Ho riprodotto parzialmente l'effetto in modo che possiate capirne l'idea (l'identificazione esatta e le immagini del sistema rimangono confidenziali).

Considera, ad esempio, di avere un filtro schermato come quello in Figura 2. Nota che, in teoria, ci aspetteremo una risposta di filtraggio differenziale passa basso.

Figura 2: filtro utilizzato nel nostro esempio nel layout "ideale".

Consideriamo ora la Figura 3 in cui il filtro è installato con i cavi di ingresso e di uscita vicini l'uno all'altro.

Figura 3: filtro utilizzato nel nostro esempio con una breve distanza tra i cavi di ingresso e di uscita.

Ora, la posizione dei cavi crea una sorta di accoppiamento tra l'ingresso e l'uscita del filtro. Questo accoppiamento può essere capacitivo (campo elettrico) e induttivo (campo magnetico), quindi la risposta teorica del filtro passa basso è "cortocircuitata" e i segnali possono passare facilmente dall'ingresso all'uscita (specialmente nella gamma delle alte frequenze). Nelle Figure 2 e 3 non sto considerando gli effetti parassiti dei componenti.

Per verificare l'installazione del filtro nel nostro prodotto, ho utilizzato il mio analizzatore di rete Bode 100 con il prodotto SPENTO. I risultati sono inclusi nella Figura 4.

Figura 4: risposta misurata del filtro con instradamento buono-cattivo dei cavi di ingresso-uscita.

Si noti che la risposta alle basse frequenze (<600kHz) non è influenzata dal feedback IO parassita. Tuttavia, viene degradato fino a 30 dB nell'intervallo di frequenza 1-10 MHz quando è presente un feedback IO simile alla Figura 3.

È interessante notare dalle nostre misurazioni il picco nella risposta a 361kHz (cursore 1, verde). Questa è una situazione molto pericolosa se il picco supera 0 dB e non è correlato al feedback IO (argomento per un prossimo articolo).

Si noti inoltre come la risposta passa-basso nel filtro sia dominata da componenti parassiti a frequenze superiori a 2,5 MHz (cursore 2, arancione).

Il mio ultimo consiglio: quando si realizza il layout di un filtro sia in formato cablato che PCB, FARE ATTENZIONE al feedback I/O. Prova a instradare le linee correttamente per ridurre al minimo il feedback parassita che degrada la risposta del filtro alle alte frequenze.

Riferimenti

Arturo Mediano ha conseguito il M.Sc. (1990) e il dottorato (1997) in Ingegneria Elettrica presso l'Università di Saragozza (Spagna), dove ha tenuto una cattedra in EMI/EMC/RF/SI dal 1992. Dal 1990, è stato coinvolto in ricerca e sviluppo progetti in ambito EMI/EMC/SI/RF per le comunicazioni, l'industria e le applicazioni scientifico/mediche con una solida esperienza nella formazione, consulenza e risoluzione dei problemi per aziende in Spagna, USA, Svizzera, Francia, UK, Italia, Belgio, Germania, Canada, Paesi Bassi, Portogallo e Singapore. È il fondatore di The HF-Magic Lab®, un laboratorio specializzato per la progettazione, la diagnostica, la risoluzione dei problemi e la formazione nei campi EMI/EMC/SI e RF presso I3A (Università di Saragozza), e dal 2011 è istruttore per Besser Associates (CA, USA) offre corsi pubblici e in loco su argomenti EMI/EMC/SI/RF negli Stati Uniti, in particolare nella Silicon Valley/San Francisco Bay Area. È Senior Member dell'IEEE, membro attivo dal 1999 (Chair 2013-2016) del Technical Committee MTT-17 (HF/VHF/UHF) della Microwave Theory and Techniques Society e membro della Electromagnetic Compatibility Society. Arturo può essere raggiunto a [email protected].