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Reducción de EMI en fuentes de alimentación conmutadas: técnicas de diseño

2023/12/21

EMI, o interferencia electromagnética, es un problema común que se enfrenta al cambiar las fuentes de alimentación. Las fuentes de alimentación conmutadas, aunque eficientes y ampliamente utilizadas, generan ruido de alta frecuencia que puede interferir con los dispositivos electrónicos cercanos. Esta interferencia puede alterar su correcto funcionamiento e incluso provocar su fallo. Para garantizar un rendimiento óptimo y reducir la EMI, los diseñadores emplean diversas técnicas y metodologías. En este artículo, exploraremos las técnicas de diseño utilizadas para reducir la EMI en fuentes de alimentación conmutadas.


1. Comprender la EMI y su impacto en las fuentes de alimentación conmutadas

Los dispositivos electrónicos generan campos electromagnéticos cuando funcionan. Estos campos pueden acoplarse con otros dispositivos electrónicos y provocar interferencias. En el caso de fuentes de alimentación conmutadas, la rápida conmutación de corrientes y tensiones amplifica la cantidad de interferencias electromagnéticas producidas. Esta EMI puede afectar negativamente el rendimiento de los equipos circundantes, provocando fallas, errores de datos e incluso fallas completas del sistema. Por lo tanto, es esencial abordar las preocupaciones sobre EMI durante la fase de diseño.


2. Fuentes comunes de EMI en fuentes de alimentación conmutadas

Antes de profundizar en las técnicas de diseño, es importante identificar las fuentes principales de EMI en las fuentes de alimentación conmutadas. Algunas fuentes comunes incluyen:

- Transiciones de conmutación rápida de MOSFET de potencia

- Alta di/dt (tasa de cambio de corriente) en inductores de filtro de salida

- Elementos parásitos en paquetes MOSFET y trazas de diseño.

- Rebote del suelo debido a conmutación de alta frecuencia

- Emisiones radiadas de transformadores e inductores.


3. Selección adecuada de componentes para la mitigación de EMI

La selección cuidadosa de los componentes es crucial para reducir la EMI en las fuentes de alimentación conmutadas. Optar por componentes con menos elementos parásitos, en términos de capacitancia, inductancia y resistencia, puede minimizar significativamente las emisiones conducidas y radiadas. Elegir MOSFET de potencia con menor capacitancia de puerta y seleccionar inductores con frecuencias de autorresonancia más bajas también puede ayudar a mitigar la EMI. Además, se deben utilizar condensadores con valores nominales de voltaje y capacitancia adecuados para garantizar un funcionamiento estable y minimizar la interferencia electromagnética.


4. Minimizar la EMI mediante técnicas de diseño y enrutamiento

El diseño y el enrutamiento de la placa de circuito desempeñan un papel vital en la reducción de la EMI en las fuentes de alimentación conmutadas. Aquí hay algunas técnicas a considerar:

- Mantener separadas las trazas de impedancia alta y baja para evitar interferencias

- Colocar un plano de tierra en la PCB para proporcionar una ruta de retorno de baja impedancia

- Espaciar adecuadamente los componentes de alta frecuencia para minimizar el acoplamiento

- Implementar técnicas de desacoplamiento adecuadas para reducir el ruido del suministro de energía.

- Utilizar técnicas de blindaje, como jaulas de Faraday o vertidos de cobre, para evitar emisiones radiadas.


5. El papel del filtrado y la conexión a tierra en la reducción de EMI

Los filtros y las técnicas de conexión a tierra adecuadas son formas efectivas de suprimir la EMI conducida y radiada. La implementación de filtros de entrada y salida puede atenuar el ruido de alta frecuencia generado al cambiar las fuentes de alimentación, reduciendo la EMI en la propia fuente. Los componentes de filtro más utilizados incluyen condensadores, inductores y perlas de ferrita. Además, establecer un sistema de puesta a tierra limpio y de baja impedancia ayuda a prevenir el rebote del suelo y garantiza una reducción eficaz de la EMI.


6. Diseño de blindaje y envolvente para control EMI

Las fuentes de alimentación conmutadas pueden irradiar energía electromagnética, lo que puede resultar problemático para los dispositivos electrónicos sensibles cercanos. Proteger los componentes de la fuente de alimentación o colocarlos en una carcasa conductora ayuda a contener la EMI dentro del sistema, evitando que afecte a otros dispositivos. El gabinete debe diseñarse adecuadamente con disposiciones de conexión a tierra y juntas EMI para proporcionar un blindaje efectivo contra emisiones tanto conducidas como radiadas.


7. Pruebas de cumplimiento y certificación de cumplimiento de EMI

Para garantizar la eficacia de las técnicas de reducción de EMI, las fuentes de alimentación conmutadas deben someterse a pruebas de cumplimiento para cumplir con los estándares de la industria. Organizaciones como la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) y los estándares internacionales de Compatibilidad Electromagnética (EMC) prescriben límites específicos para las emisiones conducidas y radiadas. El cumplimiento de estos estándares garantiza que la fuente de alimentación funcione dentro de límites EMI aceptables, minimizando la interferencia con otros equipos.


En conclusión, reducir la EMI en las fuentes de alimentación conmutadas es crucial para garantizar el funcionamiento adecuado y minimizar la interferencia con otros dispositivos electrónicos. Siguiendo técnicas de diseño que incluyen selección de componentes, optimización del diseño, filtrado, conexión a tierra y blindaje, los diseñadores pueden mitigar eficazmente los problemas de EMI. Las pruebas de cumplimiento y la certificación validan aún más la eficacia de estas técnicas. Al implementar estas estrategias, los diseñadores pueden crear fuentes de alimentación conmutadas que funcionen de manera eficiente sin causar interferencias electromagnéticas excesivas.

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Desde 2009, Mochuan Drives es un fabricante y proveedor profesional de paneles de pantalla táctil HMI y controladores PLC, que brinda soluciones industriales e integración de sistemas.
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