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Filtros de rede | Comprar filtros de interferência de rádio

Os filtros CEM são também conhecidos como filtros de rede e filtros de supressão de interferências radioeléctricas. Em suma, o filtro de compatibilidade electromagnéticaé um componente ou circuito eletrónico. O circuito é utilizado para suprimir as interferências electromagnéticas (EMI) e, assim, melhorar a compatibilidade electromagnética (EMC) dos dispositivos. Estes filtros de rede asseguram que os dispositivos eléctricos e electrónicos são menos susceptíveis às interferências do ambiente. Os filtros CEM também garantem que os próprios dispositivos eléctricos geram menos interferências que podem afetar outros dispositivos.

História do filtro CEM

O desenvolvimento dos filtros CEM começou nos primórdios da eletrónica e da engenharia eléctrica, quando foi reconhecida a necessidade de minimizar as interferências electromagnéticas (EMI). À medida que os dispositivos eléctricos e electrónicos se generalizaram no século XX, a quantidade de emissões electromagnéticas indesejadas geradas por estes dispositivos também aumentou.

Filtros EMC nas décadas de 1960 e 70

Nas décadas de 1960 e 1970, foram desenvolvidas as primeiras abordagens sistemáticas para suprimir essas interferências. Isto levou à integração de circuitos de filtragem em dispositivos eléctricos para melhorar a compatibilidade electromagnética (CEM).

Os primeiros filtros CEM

Os primeiros filtros CEM baseavam-se em combinações simples de indutâncias e capacitâncias. À medida que a tecnologia avançava e os requisitos de CEM aumentavam, surgiram projectos de filtros mais complexos e eficientes. As normas e regulamentos internacionais, como a Diretiva CEM da União Europeia, também contribuíram para um maior desenvolvimento, estabelecendo limites rigorosos para as emissões e imunidade electromagnéticas.

Filtros EMC actuais

Atualmente, os filtros EMC são uma parte essencial da eletrónica moderna, garantindo a fiabilidade e a segurança dos dispositivos num mundo cada vez mais ligado e electrificado.

Um filtro EMC funciona como um filtro de supressão de interferências, atenuando ou bloqueando os sinais de interferência de alta frequência indesejados, enquanto os sinais de baixa frequência desejados podem passar sem impedimentos. Isto é conseguido através da combinação de componentes electrónicos passivos.

1. Indutores (bobinas):

   Estes componentes actuam como resistências para sinais de alta frequência. Se uma interferência de alta frequência atingir um indutor, a interferência é atenuada e não pode ser transmitida.

2. Condensadores (condensadores):

   Os condensadores desviam os sinais de alta frequência para a terra ou bloqueiam-nos, actuando como um curto-circuito para essas frequências. Isto impede que a interferência penetre no dispositivo a proteger ou seja emitida por ele.

3. Resistências:

   Em alguns filtros CEM são também utilizadas resistências para atenuar determinadas frequências e melhorar o efeito de filtragem.

Normalmente, o filtro CEM é constituído por uma combinação destes componentes dispostos em diferentes configurações para suprimir tanto a interferência de modo comum (mesma fase em todas as linhas) como a interferência de modo diferencial (fases diferentes em linhas diferentes).

Existem diferentes tipos de filtros CEM que são utilizados consoante a aplicação e o tipo de interferência a suprimir. Apresentamos de seguida os tipos mais importantes de filtros CEM:

1. Filtro de rede (filtro EMI de rede)

   Utilizado para suprimir as interferências transmitidas através da rede eléctrica. Encontram-se frequentemente em aparelhos domésticos, sistemas industriais e eletrónica de consumo.

2. Filtros de modo comum (bobinas de modo comum)

   Suprimem a interferência de modo comum que ocorre em fase em todas as linhas. Utilizados em unidades de fornecimento de energia, linhas de dados e sistemas de comunicação.

3. Filtros diferenciais (bobinas de modo diferencial)

   Suprimem a interferência diferencial que ocorre entre duas linhas. Frequentemente utilizados em dispositivos áudio e vídeo, bem como em sistemas de comunicação.

4. Filtros capacitivos (filtros de capacitores)

   Utilizam condensadores para bloquear interferências de alta frequência e permitir a passagem de sinais de baixa frequência. Adequados para utilização em circuitos electrónicos e unidades de alimentação.

5. Filtros indutivos (filtros de bobina)

   Utilizam indutores para atenuar as interferências de alta frequência. São frequentemente utilizados em combinação com condensadores para formar filtros LC.

6. Filtros LC (filtros de indutor-capacitor)

   Combinação de indutores e condensadores para uma atenuação efectiva das interferências. Encontram-se frequentemente em unidades de alimentação, fontes de alimentação comutadas e conversores de frequência.

7. Filtro RC (filtro de resistência-capacitor)

   Combinação de resistências e condensadores para suprimir interferências de alta frequência. Frequentemente utilizado em circuitos electrónicos e aplicações áudio.

8. Filtro PI

   Consiste em dois condensadores e um indutor dispostos como a letra "π". Eficaz na atenuação de interferências de alta frequência em sistemas de alimentação eléctrica.

9. Filtro EMC (filtro de compatibilidade electromagnética)

   Especialmente desenvolvido para melhorar a compatibilidade electromagnética dos dispositivos. Utilizado em sistemas de comunicação, aplicações automóveis e sistemas de controlo industrial.

10. Filtros de ferrite (núcleos de ferrite e esferas de ferrite)

    Utilizam materiais de ferrite para suprimir a interferência de alta frequência nas linhas. Encontram-se frequentemente em linhas de dados, cabos USB e cabos de rede.

Estes tipos de filtros são essenciais para uma vasta gama de aplicações, desde electrodomésticos e equipamento industrial a sistemas de comunicação sensíveis, para garantir a compatibilidade electromagnética e um funcionamento sem interferências.

Existem diferentes tipos de filtros CEM que podem ser utilizados consoante a aplicação e o tipo de interferência. Alguns dos tipos mais comuns de filtros CEM são

1. Filtros de modo diferencial: estes filtros são tipicamente utilizados para suprimir a interferência que ocorre no modo diferencial, ou seja, entre as fases ou condutores de um circuito. Podem ser instalados tanto no lado da rede como no lado da carga.

2. Filtros de modo comum: Estes filtros são utilizados para suprimir as interferências que ocorrem em modo comum, ou seja, em todos os condutores de um circuito simultaneamente. São frequentemente instalados no lado da rede eléctrica.

3. filtros LCL: Estes filtros são constituídos por uma combinação de indutores (L), condensadores (C) e bobinas (L). São utilizados para suprimir tanto o modo diferencial como o modo comum e proporcionam uma maior largura de banda para a supressão do ruído.

4. filtros LC: Estes filtros são constituídos por uma combinação de indutores (L) e condensadores (C). São utilizados principalmente para suprimir o modo diferencial e oferecem uma largura de banda limitada para a supressão de ruído.

As diferenças entre estes filtros residem principalmente na sua configuração, no tipo de interferência que podem suprimir, na largura de banda da supressão de interferência e no custo. Alguns filtros podem suprimir tanto o modo diferencial como o modo comum, enquanto outros filtros se especializam apenas num destes modos. A seleção do filtro adequado depende dos requisitos específicos da aplicação e da interferência presente.

Os filtros CEM diferem principalmente na sua conceção, nos seus princípios funcionais e nas suas aplicações específicas. Aqui está uma visão geral detalhada das diferenças entre os vários tipos de filtros EMC:

1. Filtros de rede (filtros EMI de rede):

   Um filtro de rede é composto por indutores, condensadores e, por vezes, resistências. Filtra as interferências de alta frequência que provêm ou são emitidas para a rede eléctrica. Os filtros de rede são utilizados em aparelhos domésticos, sistemas industriais e eletrónica de consumo para garantir a compatibilidade electromagnética e um funcionamento sem interferências.

2. Filtros de modo comum (bobinas de modo comum):

   Um filtro de modo comum é constituído por indutores que influenciam simultaneamente ambas as linhas de um par. Suprime a interferência de modo comum em todas as linhas. Os filtros de modo comum são utilizados em unidades de alimentação, linhas de dados e sistemas de comunicação para garantir a compatibilidade electromagnética e um funcionamento sem interferências.

3. Filtros diferenciais (bobinas de modo diferencial):

   Um filtro diferencial é constituído por indutores que funcionam entre duas linhas. Ele suprime a interferência diferencial que ocorre entre as linhas. Estes filtros são utilizados em equipamentos de áudio e vídeo e em sistemas de comunicação para melhorar a qualidade do sinal e a compatibilidade electromagnética.

4. Filtros capacitivos (filtros de condensadores):

   Um filtro capacitivo é constituído por condensadores. Bloqueia interferências de alta frequência e permite a passagem de sinais de baixa frequência. Os filtros capacitivos são utilizados em circuitos electrónicos e fontes de alimentação para melhorar a compatibilidade electromagnética e garantir que os dispositivos funcionam sem interferências.

5. Filtros indutivos (filtros de bobina):

   Um filtro indutivo (filtro de bobina) é constituído por indutores que atenuam as interferências de alta frequência. É frequentemente utilizado em combinação com condensadores para formar filtros LC. As áreas de aplicação são os circuitos electrónicos e as fontes de alimentação, onde assegura uma supressão eficaz das interferências.

6. Filtro LC (filtro indutor-capacitor):

   Um filtro LC é constituído por indutores e condensadores. Reduz eficazmente as interferências causadas pela ressonância entre estes componentes. Os filtros LC são utilizados em fontes de alimentação, fontes de alimentação comutadas e conversores de frequência para garantir um funcionamento sem interferências e uma melhor compatibilidade electromagnética.

7. Filtro RC (filtro de resistência-capacitor):

   Um filtro RC é constituído por resistências e condensadores. Atenua as interferências de alta frequência através da resistência e da capacitância. Os filtros RC são utilizados em circuitos electrónicos e aplicações de áudio para melhorar a qualidade do sinal e suprimir frequências indesejadas, resultando num desempenho mais estável e fiável.

8. Filtro PI:

   Um filtro PI consiste em dois condensadores e um indutor numa disposição π. Atenua as interferências de alta frequência nos sistemas de alimentação eléctrica. Os filtros PI são utilizados em sistemas de alimentação e conversores CC-CC para melhorar a compatibilidade electromagnética e garantir uma alimentação estável.

9. Filtros de ferrite (núcleos de ferrite e esferas de ferrite):

   Os filtros de ferrite são constituídos por materiais de ferrite enrolados em cabos ou fios. Suprimem as interferências de alta frequência através do material magnético da ferrite. Os filtros de ferrite são utilizados em linhas de dados, cabos USB e cabos de rede para garantir uma transmissão de dados sem interferências e uma melhor compatibilidade electromagnética.

Estas diferenças de conceção e de função permitem utilizar os filtros CEM de forma orientada em função dos requisitos e da aplicação, a fim de garantir a compatibilidade electromagnética e o funcionamento sem interferências dos dispositivos.

Um filtro de rede para controladores de tiristores foi concebido para atenuar as subidas acentuadas de corrente causadas pelo controlo de fase e as consequentes emissões de interferências conduzidas. A comutação não linear dos tiristores provoca harmónicas e transientes de alta frequência que, sem filtragem, excederiam os valores-limite de CEM de acordo com a norma EN 61800-3. O filtro actua como um filtro passa-baixo que permite a passagem da tensão de rede de baixa frequência, enquanto fornece uma impedância em série elevada e um caminho de baixa impedância para a terra para correntes de interferência de alta frequência.

No projeto técnico, os engenheiros devem ter em conta a resistência de saturação das bobinas ao elevado valor RMS da corrente de carga e as correntes de fuga dos condensadores Y. Uma vez que um controlador tiristorizado de filtro de linha interage frequentemente com cargas indutivas, é necessária uma afinação precisa da impedância do filtro para evitar picos de ressonância na rede de alimentação. A escolha de uma conceção de filtro de várias fases melhora a perda de inserção na gama crítica de 150 kHz a 30 MHz e assegura a integridade funcional dos sensores e componentes de controlo vizinhos.

A função de filtro de rede EMC baseia-se na incompatibilidade de impedância direcionada. Uma rede LC passa-baixo reflecte a interferência de alta frequência de volta para a fonte ou desvia-a para a terra, enquanto a tensão de alimentação de 50 Hz passa praticamente sem atenuação.

Tecnicamente, a interferência push-pull é minimizada por condensadores X e a interferência de modo comum por bobinas com compensação de corrente e condensadores Y. Isto assegura a conformidade com as normas relevantes, como a IEC 60939 ou a EN 55032.

A função de filtro EMI está indissociavelmente ligada a uma ligação à terra de alta frequência de baixa impedância. Sem um contacto plano e sem pintura com o invólucro, os condensadores Y não podem dissipar eficazmente a interferência de modo comum, resultando numa queda maciça das propriedades de atenuação.

Os engenheiros devem evitar indutâncias parasitas causadas por fios de terra longos. Como a resistência indutiva aumenta com a frequência(X L = 2 ⋅ π ⋅ f ⋅ L), mesmo uma linha de alimentação curta torna o filtro transparente à interferência HF e, portanto, ineficaz.

A função de filtro de rede combina a atenuação do modo comum e do modo diferencial utilizando circuitos de filtro LC: As bobinas com compensação de corrente suprimem a interferência simétrica entre os condutores, enquanto os condensadores Y dissipam a interferência assimétrica para a terra.

Os condensadores X entre as fases atenuam os modos de interferência diferencial, tipicamente na gama de 100 nF a 1 µF. A perda de inserção é especificada em dB na gama de frequências de 150 kHz a 30 MHz e deve cumprir as normas CEM, como a EN 55011 ou a CISPR 11. Os filtros de várias fases atingem atenuações superiores a 60 dB - essenciais para fontes de alimentação comutadas, conversores de frequência e dispositivos médicos para evitar emissões conduzidas.