Pérdida de inserción y rendimiento en el filtrado EMI

El blog KnowlesCapacitors explica la pérdida de inserción y el rendimiento en el filtrado EMI en un artículo de Peter Mathews.

Para cumplir con la legislación internacional, como la Directiva de la UE sobre EMC o la FCC, el filtrado EMI es un elemento esencial del diseño de equipos. Aquí, continuaremos explorando el filtrado EMI a través de la pérdida de inserción y el rendimiento del filtrado.

El rendimiento de la pérdida de inserción muestra la atenuación de la señal a cualquier frecuencia dada. Como métrica, el rendimiento de la pérdida de inserción es más útil como guía en el proceso de selección de filtros; el rendimiento real en servicio puede variar según las características del circuito.

La pérdida de inserción está determinada por los siguientes factores:

• Configuración eléctrica
• Impedancias de fuente / carga
• Carga actual
• Materiales dieléctricos cerámicos
• Impedancia de puesta a tierra
• Integridad del blindaje

Configuración eléctrica

La elección de la configuración eléctrica de un filtro (la combinación de condensador / inductor) depende principalmente de la fuente y las impedancias de carga. Las cifras de pérdida de inserción se publican normalmente para una fuente de 50 Ω y un circuito de carga de 50 Ω. La impedancia, en realidad, probablemente será diferente de lo que indican las cifras y podría causar un aumento o disminución de la pérdida de inserción. La configuración eléctrica del filtro debe elegirse para optimizar el rendimiento del filtro para un escenario de impedancia de carga / fuente específico.

Los tipos comunes de configuraciones eléctricas disponibles en los filtros de alimentación incluyen:

Filtro de varios elementos

Contiene más de 3 elementos, por ejemplo, filtros L-C-L-C-L (la adición de más elementos aumenta la inclinación de la curva de pérdida de inserción)

Cargar corriente

El efecto de la corriente de carga sobre la pérdida de inserción está determinado en gran medida por las propiedades de los elementos filtrantes utilizados. Para los circuitos de filtrado con elementos inductivos, la pérdida de inserción puede experimentar una reducción significativa cuando se utilizan inductores de ferrita; el material de ferrita se satura con corriente. La reducción de la pérdida de inserción depende de la corriente y las características del material de ferrita en particular. En casos extremos, la ferrita se volverá ineficaz y la pérdida de inserción parecerá ser la misma que para un filtro C.

Elección de un filtro

Al seleccionar un filtro, la configuración eléctrica, la implementación física y el material (es decir, el tipo dieléctrico) son consideraciones importantes. La curva de atenuación, que se muestra en la Figura 1, muestra las diversas implementaciones físicas de las configuraciones eléctricas detalladas anteriormente. Notará que un filtro de chip simple proporciona la menor atenuación a alta frecuencia. Observar cualquiera de estas características individualmente podría ser engañoso en su proceso de selección.

Mirando, nuevamente, al componente en sí, las diferentes categorías de materiales cerámicos tienen diferentes características de desempeño. Por ejemplo, a medida que aumenta la constante dieléctrica (y por lo tanto aumenta el valor de capacitancia del filtro), la estabilidad se deteriora. Los parámetros operativos y ambientales específicos, que incluyen temperatura, voltaje, frecuencia y tiempo (envejecimiento), pueden afectar la constante dieléctrica.

Como se resume en la Figura 2, las tres clasificaciones principales de dieléctrico cerámico empleadas en la fabricación de filtros EMI generalmente se denominan ultraestables (C0G / NP0), estables (X7R) y de uso general (Z5U, Y5V o X7W).

C0G / NP0:ultraestable La mayoría de los parámetros del material no se ven afectados por la temperatura, el voltaje, la frecuencia o el tiempo Las estabilidades se miden en términos de partes por millón, pero las constantes dieléctricas son relativamente bajas (10 a 100) X7R - Estable Los parámetros del material son relativamente estables con respecto a la temperatura, voltaje, frecuencia y tiempo Las constantes dieléctricas típicas serían del orden de 2,000 a 4,000, lo que permite valores de capacitancia mucho más altos para un tamaño dado de capacitor que los que se pueden obtener con materiales C0G / NP0 Si el coeficiente de voltaje ( VC) es fundamental, Knowles Precision Devices también puede admitir piezas con características de VC BX (2X1) y BZ (2C1) Z5U / Y5V / X7W - Uso general Los parámetros del material están severamente restringidos y el rendimiento bajo voltaje aplicado puede verse seriamente comprometido Nota:Knowles Precision Devices usa solo C0G / NP0 y X7R de mayor rendimiento en sus rangos estándar

Distribución de valores de capacitancia

La capacitancia de un capacitor cerámico también cambia como resultado de la variación de temperatura, voltaje aplicado y edad. La capacitancia final puede caer dentro de un rango de valores según el tipo de material y las características a las que se hace referencia en la Figura 2. Dicho esto, si la capacitancia se ha reducido, también lo hará el rendimiento de pérdida de inserción.

fuente de la imagen destacada:KnowlesCapacitors feedthrough