Maria Camara

Filtrado y protección de entradas

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Artículo que habla sobre el filtrado y protección de entradas de inversores y convertidores conmutados, escrito por Adam Chidley, European Senior Product Manager de Avnet Abacus para su publicación exclusiva en nuestro periódico técnico especializado de electrónica profesional.

Adam Chidley

Adam Chidley, European Senior Product Manager de Avnet Abacus

En la actualidad, un requisito típico para cualquier convertidor de potencia reside en la lista de estándares internacionales de EMC (compatibilidad electromagnética) y seguridad que debe cumplir. Los requerimientos de rendimiento funcional suelen ocupar muchas páginas de estos documentos. EMC incluye la limitación de emisiones conducidas y radiadas y la inmunidad tanto a transitorios y sobretensiones en las líneas eléctricas como a determinados niveles de radiación electromagnética y descarga electrostática.

Aunque los estándares de seguridad y EMC relevantes dependen de la aplicación, se suelen usar el UL/EN 60950-1 para seguridad en sistemas TI y la directiva EMC europea en la serie EN 61000. Los estándares se sustituyen y actualizan regularmente, por lo que el diseñador tiene que garantizar en la protección de entradas que se cumple la última versión. Por ejemplo, EN 60950-1 será reemplazado próximamente por EN 62368-1. Las aplicaciones específicas, como equipos médicos e instrumentos de test, tienen sus propios estándares.

Los requerimientos de seguridad se unen a los de EMC porque un fallo de EMC inducida podría provocar daños en componentes y, a su vez, en personas. Además, los estándares de seguridad demandan que los diseñadores garanticen que, tras el error de un componente o una conexión, el equipo mantenga la seguridad. Un filtro de entrada tiene que tener en cuenta todos estos aspectos sin degradar el rendimiento eléctrico del convertidor.

Filtro de entrada típicoEs posible considerar todos los requisitos de un filtro de entrada en componentes de aislamiento y ensamblaje a la hora de alcanzar las prestaciones deseadas. La figura muestra un filtro que puede conseguir este fin. C1 y C2, junto a L1 y L2, reducen el ruido en modo diferencial (DM), mientras que T1, junto a C3 y C4, contribuye a disminuir el ruido en modo común (CM), y R1 ofrece supresión de corriente inrush y VAR1 aporta atenuación de transitorios y sobretensiones. FS1 protege el cableado en caso de cortocircuito (downstream) y R2 descarga C1 y C2 en modo power-down.

Puede ser útil recordar que, a pesar de que los estándares EMC no establecen un límite en ruido DM, siempre es mejor minimizarlo, ya que se puede convertir en modo común y, de hecho, el método de test estándar para medir ruido CM que usa un LISN a CISPR-22 siempre indicará la mitad del valor del ruido DM, incluso si no hay presencia de ruido CM.

Diseñando el filtrado y protección de entradas

Un convertidor o inversor de elevada potencia puede incorporar todos estos componentes, pero si se abre un adaptador de teléfono móvil veremos “poco” filtrado de entrada. Esto confirma que el cumplimiento de los estándares depende en gran medida del diseño de convertidor y, particularmente, del nivel de potencia. Así pues, resulta más importante diseñar el convertidor de potencia para una mínima EMI desde el principio usando tecnologías de conmutación suave y con una distribución minuciosa para hacer frente a cualquier corriente EMI que circula en el convertidor y sin conexiones externas.

Filtrado y protección de entradas Por ejemplo, una fuente de ruido CM se puede producir por la capacitancia de una pestaña (tab) de semiconductor de conmutación a un disipador de calor (heatsink) con toma de tierra, por lo que hay que seleccionar un dispositivo cuya pestaña no sea un nodo de conmutación o evitar la toma de tierra en el heatsink. Si el disipador de calor se debe conectar a una toma de tierra, entonces resulta efectiva una pantalla electrostática entre la pestaña y el heatsink. Esta pantalla habría que conectarla a la tensión DC-link del convertidor (aislada). Un disipador de calor sin toma de tierra también aporta el beneficio añadido de reducir la corriente de fuga de la entrada principal – un ejemplo de cómo seguridad y EMC interactúan.

Con baja potencia, la eficiencia es un hecho. Por ejemplo, si el choque de modo común T1 se bobina deliberadamente con alguna inductancia de fuga, L1 y L2 se podrían omitir; FS1 y R1, por su parte, se podrían sustituir por una resistencia con un fusible; C2 puede ser innecesario, dependiendo del nivel de EMI experimentado y VAR1 también puede ser innecesario, en función del entorno de aplicación y las impedancias del circuito.

A menudo, las aplicaciones de bajo consumo son “Clase II” o libres de toma de tierra. En este caso, C3 y C4 parecen poco apropiados, pero los condensadores similares se pueden conectar en serie desde la entrada a la salida del convertidor.

Y, para ver el mejor ejemplo de todo esto, siga leyendo este artículo de AVNET Abacus en Filtro de entrada típico

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