Indutores: o coração dos filtros EMI ¢ Princípios e aplicação prática

A essência de um filtro é passar ou suprimir seletivamente sinais em frequências específicas.Devemos analisar completamente as características dos inductores.

Características de resposta de frequência dos inductores

A impedância de um indutor aumenta à medida que a frequência aumenta.Os sinais de baixa frequência encontram pouca resistência ao passar por um indutorEsta característica de um sinal de alta frequência é muito reduzida, enquanto os sinais de alta frequência são fortemente atenuados.Passando frequências baixas enquanto bloqueia frequências altastorna os inductores o componente principal dos filtros de baixa passagem.

No entanto, os indutores não são componentes ideais. Eles possuem capacitância parasítica e resistência de enrolamento. Em altas frequências, esses parâmetros parasitários alteram as características de impedância do indutor, o que pode causar uma alteração na resistência ao enrolamento.mudando seu comportamento de indutivo para capacitivoQuando a frequência de funcionamento se aproxima da frequência de auto-resonância do inductor, o desempenho de filtragem cai drasticamente.Fora deste intervalo, não pode cumprir a sua função de filtragem e pode até introduzir novas interferências.

Papel dos inductores em diferentes topologias de filtros

Em filtros LC, os inductores trabalham ao lado dos capacitores para formar circuitos de ressonância.Os dois componentes têm responsabilidades claramente divididas.O valor da indutividade determina diretamente a frequência de corte do filtro e a inclinação da banda de transição.acompanhado de aumento do tamanho e das perdas.

Em filtros de tipo π e T, os inductores são colocados em série no caminho do sinal para bloquear altas frequências.Os dois condensadores (um antes e um depois) mais o inductor do meio criam filtragem de duplo estágioAqui, o indutor não só define a profundidade de filtragem, mas também impacta a perda de inserção de circuito e a correspondência de impedância.

Em filtros de modo comum, os indutores funcionam em forma acoplada. Eles apresentam alta impedância ao ruído de modo comum, mantendo baixa impedância para sinais de modo diferencial.O coeficiente de acoplamento e a indutividade de vazamento do inductor determinam diretamente o desempenho de rejeição de modo comumA indutividade de vazamento excessiva enfraquecerá a capacidade de passagem dos sinais de modo diferencial, enquanto a acoplagem insuficiente reduz a supressão de modo comum.

Impacto prático da selecção do indutor no desempenho do filtro

Ao projetar filtros, a seleção do indutor é muitas vezes mais desafiadora do que a seleção do capacitor.Em contraste, os parâmetros do inductor desviam significativamente dependendo do material do núcleo, do processo de enrolamento e da corrente de funcionamento.

O material do núcleo magnético define a faixa de frequências e as características de perda aplicáveis ao indutor.Os núcleos de ferrita são adequados para aplicações de alta frequência, mas são propensos a saturação sob grande correnteOs núcleos de pó de ferro apresentam uma corrente de saturação mais elevada, mas sofrem maiores perdas de alta frequência.Indutores de núcleo de ar têm as menores perdas, mas vêm com maior tamanho físico e valores de indutividade limitados.

A resistência de corrente contínua dos enrolamentos gera queda de tensão e perda de potência, que não pode ser ignorada em aplicações de alta corrente.Capacidade perdida entre os enrolamentos restringe o desempenho de alta frequência, que devem ser tidos em conta na concepção de filtros de alta frequência.

Conclusão

O limite superior de desempenho de um filtro depende em grande parte da qualidade do seu indutor.Efeitos parasitários e limites materiaisA seleção do inductor certo permite que o filtro funcione de forma estável dentro da faixa de frequência alvo.Com o inductor errado., mesmo uma topologia de circuito bem concebida não pode alcançar o efeito de filtragem esperado.