¿Qué es un filtro?
Un filtro de fuente de alimentación es un circuito de filtro compuesto por inductancia (L), capacitancia (C) y resistencia (R), también conocido como "filtro EMI de potencia", que es una red pasiva bidireccional.
El propósito de usar el filtro de fuente de alimentación es suprimir la interferencia de ruido generada por la fuente de alimentación conmutada, evitar que el ruido electromagnético externo interfiera con el estado de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada en sí y evitar que el ruido electromagnético externo interfiera con el estado de funcionamiento del equipo de salida de la fuente de alimentación conmutada, y también suprimir el problema EMC de que el ruido electromagnético generado por otros equipos se transmite a través de la línea eléctrica.
1. Composición del filtro de la fuente de alimentación
De acuerdo con su modo de acoplamiento, el ruido de la fuente de alimentación conmutada se divide en: interferencia de modo diferencial, interferencia de modo común, interferencia de modo diferencial se define como interferencia simétrica entre líneas, y la interferencia de modo común se define como interferencia de línea al punto de referencia, la interferencia de modo común tiene interferencia de modo común simétrica e interferencia de modo común asimétrica, y la interferencia de modo común asimétrica a menudo se convierte en interferencia de modo diferencial.
El filtro de potencia debe filtrar tanto la interferencia de modo diferencial como la interferencia de modo común, de hecho, el filtro de potencia es un filtro híbrido de modo diferencial y común. De acuerdo con la amplitud de la interferencia de ruido, el ancho de banda de frecuencia de la interferencia de ruido, las características de impedancia de la interferencia de ruido y los requisitos del estándar de prueba de compatibilidad electromagnética del producto, el circuito del filtro de la fuente de alimentación está diseñado científicamente.
La figura anterior es un circuito de filtro de potencia simple, en el que la capacitancia en las posiciones C1 y C2 se denomina capacitancia de modo diferencial, también conocida como condensador X, que se utiliza principalmente para evitar el ruido de interferencia de modo diferencial generado dentro de la fuente de alimentación conmutada para evitar que el flujo de entrada de la red de estabilización de impedancia (LISN) haga que la prueba de perturbación de conducción en la fuente de alimentación exceda el estándar; La capacitancia en las posiciones C3 y C4 se denomina capacitancia de modo común, también conocida como capacitancia Y, y su función principal es el ruido de interferencia de modo común generado dentro de la fuente de alimentación de conmutación de derivación; L es el inductor de modo común, también conocido como estrangulador de modo común, que es principalmente para atenuar la corriente de modo común generada por la fuente de alimentación conmutada, debido a que la inductancia de modo común irracional tiene una inductancia de fuga, lo que resulta en que la inductancia de modo común en realidad tiene el efecto de filtrado del inductor de modo diferencial.
2. Forma de circuito de filtro de potencia de uso común
2.1. La forma del circuito principal del filtro de fuente de alimentación monofásica
Circuito de filtro de potencia monofásico multietapa
Circuito de filtro de potencia π monofásico
Producto terminado de filtro de potencia monofásico
2.2. La forma del circuito principal del filtro de potencia trifásico
Circuito de filtro de potencia trifásico de una etapa
Circuito de filtro de potencia trifásico multietapa
3. Índice de medición del filtro de potencia
Los principales indicadores de medición de los filtros de alimentación incluyen: indicadores técnicos de rendimiento de filtrado, indicadores de rendimiento de seguridad, indicadores de rendimiento de confiabilidad, indicadores de regulaciones ambientales, etc.
3.1. Filtrado de indicadores de rendimiento
La pérdida de inserción es un indicador importante para medir el rendimiento de filtrado del filtro de la fuente de alimentación, expresado en dB, se refiere a la relación de la potencia en la carga antes y después de conectar el filtro, en principio, cuanto mayor sea el número de dB, mejor será la capacidad del filtro para suprimir el ruido. La pérdida de inserción de los filtros de potencia se divide en pérdida de inserción de modo diferencial y pérdida de inserción de modo común.
Curva de pérdida de inserción del filtro de potencia
Como se muestra en la figura anterior, la parte de la línea punteada representa la curva de pérdida de inserción de modo diferencial, y la parte de línea sólida representa la curva de pérdida de inserción de modo común, la pérdida de inserción del filtro suele ser el resultado de la prueba bajo la resistencia de 50Ω, la impedancia del extremo de la fuente de ruido es incierta en la aplicación práctica, y la impedancia del extremo de carga es de 50 ohmios para la conducción del extremo de la fuente de alimentación, y también es incierta para la impedancia del extremo de carga en aplicaciones prácticas, por lo que generalmente la pérdida de inserción del filtro solo se usa como referencia para la selección de filtros de potencia.
La curva de pérdida de inserción del filtro de potencia se puede obtener mediante la prueba del analizador de red, y el método de prueba específico se refiere al estándar internacional CISPER17: 2011 y al estándar nacional GB / T7343-2017; La pérdida de inserción del filtro de potencia también se puede simular mediante software de simulación de circuitos, y la precisión de la simulación depende de la precisión del modelado del circuito.
Curva de simulación de pérdida de inserción del filtro de potencia
3.2. Indicadores de rendimiento en materia de seguridad
Los filtros de potencia son componentes de control de seguridad que deben cumplir con los requisitos de las normas y estándares de seguridad correspondientes, como UL1283, IEC/EN60939, etc. Las principales fases de prueba incluyen el voltaje soportado del aislamiento, la corriente de fuga, el voltaje residual de la línea L-N, el aumento de temperatura y la corriente nominal.
Tensión soportada del aislamiento:
La prueba de voltaje soportado es el método principal para verificar la capacidad de sobrevoltaje de aparatos eléctricos, equipos eléctricos, dispositivos eléctricos, circuitos eléctricos, etc., y consiste en verificar si el filtro de potencia alcanza el voltaje soportado nominal para cumplir con los requisitos del nivel de aislamiento del filtro de potencia.
La prueba de aislamiento generalmente se prueba con un probador de voltaje soportado de aislamiento, y la prueba de resistencia de aislamiento es una prueba cualitativa, que consiste principalmente en verificar los requisitos del nivel de aislamiento del filtro de la fuente de alimentación, y la principal diferencia entre los dos es que el voltaje de prueba es diferente.
Corriente de fuga:
La prueba de corriente de fuga es una prueba de seguridad específica que detecta defectos internos y fallas de aislamiento en los circuitos y mantiene el funcionamiento seguro de los equipos eléctricos. Para los filtros de fuente de alimentación, el número de condensadores Y y la capacitancia total son factores importantes que afectan la corriente de fuga.
Prueba de presión residual de la línea L-N:
Para evitar el riesgo de descarga eléctrica cuando el cable de alimentación está desenchufado, existe una disposición clara en el estándar de seguridad para desenchufar el voltaje residual L-N del cable de alimentación, y la velocidad de descarga del condensador X es un factor importante que afecta el voltaje residual del filtro de potencia.
Corriente nominal:
La corriente nominal del filtro de potencia debe ser mayor que la corriente máxima cuando la carga está funcionando, y se debe reservar un margen. El diámetro del cable del inductor de modo común en el filtro de la fuente de alimentación debe cumplir con los requisitos de corriente nominal para evitar daños por sobrecorriente, y se recomienda que la corriente nominal del filtro de la fuente de alimentación sea 1,5 veces la corriente de trabajo de la carga y al menos 1,2 veces.
Tensión soportada del aislamiento:
La prueba de voltaje soportado es el método principal para verificar la capacidad de sobrevoltaje de aparatos eléctricos, equipos eléctricos, dispositivos eléctricos, circuitos eléctricos, etc., y consiste en verificar si el filtro de potencia alcanza el voltaje soportado nominal para cumplir con los requisitos del nivel de aislamiento del filtro de potencia.
La prueba de aislamiento generalmente se prueba con un probador de voltaje soportado de aislamiento, y la prueba de resistencia de aislamiento es una prueba cualitativa, que consiste principalmente en verificar los requisitos del nivel de aislamiento del filtro de la fuente de alimentación, y la principal diferencia entre los dos es que el voltaje de prueba es diferente.
3.3. Fiabilidad del filtro de potencia
Además del índice de rendimiento del filtro y el índice de seguridad, es más probable que todos ignoren el índice de confiabilidad del filtro de potencia, y también es una gran parte del costo de fabricación del filtro de potencia, y los factores que afectan la confiabilidad del filtro de potencia incluyen principalmente: la calidad de soldadura de la unión de soldadura del dispositivo, la confiabilidad de la conexión entre los dispositivos, la confiabilidad de la conexión del conector, la tolerancia de enchufe y desconexión del conector, la confiabilidad de los materiales utilizados en el dispositivo en sí y la verificación de la prueba de vida útil a largo plazo.
3.4. Requisitos para los indicadores de protección del medio ambiente
Los componentes electrónicos, los conectores, las soldaduras, las placas de circuito impreso y los materiales plásticos utilizados en los filtros de potencia deben cumplir con los requisitos de las normas medioambientales correspondientes, como RHOS, RAEE, etc. de la Unión Europea. Cómo garantizar que todos los dispositivos en el filtro de potencia cumplan con los requisitos de las leyes y regulaciones, además del muestreo regular de productos terminados y enviados a terceros calificados para pruebas, un conjunto completo de estándares de inspección y control entrantes,El control del proceso de sustancias peligrosas en la producción de filtros eléctricos también es crucial.