Tras leer la primera parte en Filtrado y protección de entradas, echemos un vistazo de cada componente del filtro de entrada típico en este esquema, asumiendo que todos los componentes electrónicos utilizados ellos son necesarios.
FS1 debe ser “fast blow” y contar con las aprobaciones para la tensión operativa y la máxima corriente con algún margen. Sin embargo, el fusible tiene que garantizar la apertura ante cortocircuitos (downstream) que, de lo contrario, pueden causar una sacudida o un incendio. Las distancias de creepage and clearance en el circuito primario del convertidor se suelen reducir siempre y cuando el fusible se abra con cortocircuitos particulares. Hay que recordar que los convertidores de entrada DC requieren diferentes tipos de fusibles que se extingan automáticamente tras la apertura, normalmente con relleno de arena.
VAR1 tiene que ser compatible con la máxima tensión de línea y absorber la energía de los transitorios de línea especificados sin daño alguno. Su ratio de energía depende de otras impedancias de circuito que, a su vez, podrían limitar la corriente.
R2 descarga C1 y C2 a una tensión segura en power-down durante un tiempo especificado por el estándar relevante. También debe estar promediado para la máxima tensión de entrada y tendría que resistir transitorios en la entrada sin fallos. Aquí existe un pequeño conflicto, la resistencia tiene que tener un valor lo suficientemente bajo para descargar los condensadores rápidamente, pero no tan mínima como para que la disipación nominal en el componente supere el objetivo o la disipación sin carga del convertidor. Se puede encontrar una solución en los productos ‘CAPZero’ de Power Integrations, que descargan los condensadores y, posteriormente, se desconectan automáticamente. Si el valor de C1 y C2 es inferior a 100 nF, se puede omitir R2.
Los condensadores C1 y C2 “X” atenúan las emisiones DM del convertidor, junto a L1 y L2, y ayudan a absorber los transitorios desde la alimentación de entrada. Suelen ser componentes “grandes” y, por consiguiente, se necesita elevada capacitancia y no sólo tienen que estar promediados con tensión de entrada continua, sino también con sobretensiones en la línea. La “categoría de sobretensión” de la aplicación en función del estándar de seguridad pertinente establece el nivel que requiere el tipo “X1” con un test de 4 kV o el tipo “X2” con un test de 2.5 kV.
Los condensadores C3 y C4 “Y” disminuyen el ruido CM externamente al crear un camino de baja impedancia por el que el ruido puede “circular” en el interior del convertidor. De nuevo, estos condensadores deben soportar tensiones de línea a tierra y transitorios, esta vez de acuerdo a la “categoría de sobretensión” de tipo “Y1” con un test de 8 kV o tipo “Y2” con un test de 5 kV. Aquí hay unos límites estrictos para los valores de capacitancia permitidos. No obstante, bajo la condición de una conexión de tierra abierta, la corriente de la línea puede pasar a través de los condensadores “Y” a una conexión de chasis y a un usuario. La máxima corriente permitida queda definida por el estándar y la instalación, pero puede ser de sólo 10 µA en las aplicaciones médicas más sensibles.
T1 es un choque de “modo común” o “corriente compensada” que aporta atenuación de ruido CM. Cada bobina está realizada de tal forma que el campo magnético se anula en el núcleo, por lo que las bobinas de inductancia se pueden usar sin miedo a la saturación de núcleo. La corriente de ruido de modo común no cancela el campo magnético y, por consiguiente, se aprecia una impedancia alta. T1 suele contar con una construcción toroidal con la separación apropiada entre las bobinas para la tensión de línea a neutro.
L1 y L2 son choques sencillos que proporcionan atenuación para ruido de modo diferencial. Estos choques aprecian toda la corriente sin cancelación de campo, por lo que tienen que estar promediados para impedir la saturación. Esto limita el valor de inductancia y el tipo de núcleo, así que un material de polvo de hierro se puede convertir en una solución económica.
R1 minimiza la corriente inrush de los siguientes condensadores para evitar el estrés y la “molesta” apertura de FS1. Sin embargo, a potencias superiores la disipación normal en R1 puede ser alta, por lo que se suele reemplazar por un termistor de coeficiente de temperatura negativo (NTC) o un circuito que corte la resistencia tras un arranque por medio de un TRIAC o relé. R1 podría ser un tipo con elevada ratio de corriente de sobretensión, normalmente una bobina.
TDK-EPC fabrica un gran número de productos especialmente indicados para los elementos de redes de filtrado, incluyendo las series S, E2/E3(K1) y Q para varistores, S364x y S464x para termistores, B3292x para condensadores X2 y B3202x para condensadores Y2. Las series B8245/6/7/8 de choques de modo común cubren una amplia gama de aplicaciones, mientras que la extensa oferta de núcleos de ferrita se puede emplear en soluciones a medida. También se encuentran disponibles módulos de filtrado completos, como los de la serie B84143.
Diseño de un filtro de entrada típico
Avnet Abacus ha desarrollado una nueva herramienta interactiva que ayuda a localizar el mejor producto de TDK-EPC para inversores y controladores. Esta herramienta se puede usar para explorar las fases individuales de un circuito de controlador e identificar la solución más adecuada para cada diseño. Pinche aquí si desea ir directamente a la sección Input Filtering – Filtrado de Entrada, donde se puede acceder a fichas e información técnica de los productos mencionados en este artículo.
Si está interesado en obtener mayor información de los circuitos de filtro de entrada típico o pedir consejo para el diseño de un inversor, contacte con su especialista local o visite el apartado “Pregunte al Experto” de la página web de AVNET Abacus.
