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Ao projetar circuitos, se indutores comuns de modo comum padronizados não atenderem aos requisitos, torna-se necessária a personalização do produto. Isso garante que estrangulamento de modo comum possa satisfazer as necessidades do circuito quanto à supressão de interferência eletromagnética (EMI), layout estrutural e outras especificações. A personalização de um indutor de modo comum exige a seleção de materiais apropriados e de uma estrutura do produto com base no cenário de aplicação real e nos parâmetros de desempenho exigidos. Para um engenheiro de projeto, definir claramente essas necessidades é um passo inicial crítico.
1.Definição de um Indutor de Modo Comum
Primeiramente, vamos esclarecer o que é um indutor de modo comum.
Definição: Um indutor de modo comum, também conhecido como bobina de reatância de modo comum, consiste em duas bobinas com o mesmo número de espiras enroladas em direções opostas sobre um único núcleo magnético fechado. Ele apresenta uma impedância muito alta ao ruído de modo comum, permitindo suprimir interferências de modo comum. Por outro lado, possui uma impedância muito baixa aos sinais de modo diferencial, causando quase nenhuma supressão do sinal desejado.
Princípio: De acordo com a regra da mão direita, quando uma corrente de modo comum flui através dos enrolamentos, os campos magnéticos gerados pelas duas bobinas se reforçam mutuamente (Figura 1). Isso faz com que todo o componente exiba uma alta impedância, atenuando o sinal de interferência. Quando uma corrente de modo diferencial flui, os dois campos magnéticos gerados são iguais e opostos, anulando-se mutuamente (Figura 2). Isso permite que o sinal de corrente desejado passe sem ser afetado. Por esse motivo, indutores de modo comum são utilizados em circuitos para suprimir interferências de modo comum.
Figura 1: Quando a corrente de modo comum flui, os campos magnéticos se reforçam mutuamente
Figura 2: Quando a corrente de modo diferencial flui, os campos magnéticos se cancelam mutuamente
2.Principais Categorias de Indutores de Modo Comum
Os indutores de modo comum podem ser divididos em duas categorias principais com base na sua aplicação: indutores de modo comum para linhas de sinal e indutores de modo comum para linhas de alimentação .
Abaixo está a classificação padrão de produtos e os modelos correspondentes de indutores de modo comum no Codaca site oficial. A página pode ser acessada aqui:
https://www.codaca.com/Productsctr_Common-Mode-Choke.html
Figura 3: Indutor de Modo Comum para Linha de Sinal
Figura 4: Indutor de Modo Comum para Linha de Alimentação
Interpretação dos Parâmetros:
Tomando o indutor de modo comum Codaca CPSQ1515L-203 como exemplo:
Tabela 1: Parâmetros Característicos do Indutor de Modo Comum CPSQ1515L-203
① Indutância: Nas mesmas condições de frequência e capacitância parasita, uma indutância maior resulta em impedância mais alta.
② Impedância: Uma impedância mais alta proporciona melhor desempenho de filtragem. O valor da impedância varia em diferentes frequências.
Figura 5: Curva Característica de Impedância versus Frequência para o Indutor de Modo Comum CPSQ1515L-203
③ Resistência em Corrente Contínua (DCR): A resistência exibida nos terminais do indutor sob condições de corrente contínua; geralmente, prefere-se um DCR mais baixo.
④ Corrente Nominal: A corrente máxima que o indutor pode conduzir continuamente sem superaquecimento.
⑤ Tensão Nominal: A tensão para a qual o circuito foi projetado para operar normalmente.
⑥ Tensão de Isolação (Tensão Suportável): A tensão que o enrolamento pode suportar entre espiras ou entre enrolamentos por um período especificado sem ruptura.
⑦ Faixa de Temperatura de Operação: A faixa de temperatura dentro da qual o componente pode operar de forma confiável.
3. As 6 Etapas da Personalização de Indutores de Modo Comum
Quando produtos padrão não atendem às necessidades de um cliente, é necessário personalizar o indutor de modo comum. Após esclarecermos a definição, o princípio e os parâmetros dos indutores de modo comum, discutiremos agora como personalizar um adequado para um cliente.
Passo 1: Esclarecer os Requisitos do Cliente
Análise do Cenário de Aplicação: Realize uma análise abrangente do caso de uso do indutor de modo comum. Isso inclui a aplicação específica (o que determina o grau do produto necessário — automotivo ou industrial), tensão de operação, corrente e frequência de operação. Esses fatores influenciarão diretamente o projeto e a seleção do indutor de modo comum.
Passo 2: Determinar os Parâmetros Característicos
Indutância: A indutância é um dos parâmetros de desempenho mais importantes de um filtro de modo comum e afeta diretamente sua aplicação. A indutância necessária deve ser determinada com base no caso de uso específico.
A fórmula para calcular a indutância mínima necessária para um filtro de modo comum em um circuito (ignorando a capacitância parasita) é:
Onde? 
é o valor de impedância necessário na frequência 
.
Impedância: A capacidade de um filtro de modo comum de suprimir ruídos em modo comum está estreitamente relacionada à sua impedância. O valor adequado de impedância deve ser determinado com base no efeito de filtragem desejado.
Passo 3: Selecionar Materiais e Estrutura do Produto Apropriados
Material Principal: O núcleo é usado para aumentar a permeabilidade magnética da bobina, o que intensifica a indução magnética dentro do enrolamento e, consequentemente, eleva o valor da indutância. Materiais com alta permeabilidade magnética, como ferrite de alta permeabilidade, materiais amorfos ou nanocristalinos, são normalmente escolhidos. A escolha do material do núcleo afeta diretamente o desempenho do indutor, e um material adequado também pode ajudar a reduzir o tamanho físico do produto.
Material da Bobina: A bobina é geralmente enrolada com fio de cobre. O número de espiras e o diâmetro do fio são dimensionados com base na indutância exigida e no valor eficaz da corrente.
A fórmula para o cálculo da indutância é:
μ 0= Permeabilidade do vácuo
μ e = Permeabilidade relativa do núcleo
A e = Área efetiva da seção transversal do núcleo
l e = Comprimento efetivo do caminho magnético do núcleo
N = Número de espiras da bobina
Conforme mostrado pela fórmula, para alcançar a miniaturização do produto, pode-se considerar o uso de um núcleo com maior permeabilidade magnética, reduzindo assim o volume do núcleo.
Design estrutural: Com base na disposição espacial da placa de circuito do cliente, projetar racionalmente uma estrutura vertical ou horizontal do produto e escolher um tipo de encapsulamento com furo passante ou montagem em superfície para garantir que a bobina possa ser corretamente instalada.
Passo 4: Referência a Normas de Segurança
Consulte normas de segurança como a IEC 60664-1 ou as normas internas do cliente.
Passo 5: Considerar Fatores Ambientais
O ambiente de operação também afeta o desempenho elétrico do indutor. Ao personalizar uma bobina de modo comum, considere fatores ambientais como temperatura, umidade e método de refrigeração para garantir que ela opere de forma estável em sua aplicação real.
Passo 6: Testes de Desempenho e Otimização
Após a personalização, a bobina de modo comum deve passar por testes de desempenho, incluindo testes de indutância, impedância e outros parâmetros. Se os resultados dos testes não atenderem aos requisitos, o projeto deve ser otimizado até satisfazer as necessidades da aplicação.
4.Conclusão
Em resumo, personalizar um filtro de modo comum adequado exige uma consideração abrangente de múltiplos fatores, incluindo as necessidades do cliente quanto à aplicação, materiais e estrutura, parâmetros de desempenho, requisitos de segurança, fatores ambientais, além de testes e otimização de desempenho. Apenas por meio de análise científica e projeto racional é possível garantir que o filtro de modo comum personalizado atenda às exigências da aplicação real.
A equipe de P&D da Codaca Electronics possui ampla experiência no desenvolvimento personalizado de filtros de modo comum. Podemos oferecer rapidamente soluções de produtos adequadas para diferentes cenários de aplicação dos clientes. Convidamos você a nos contactar para consultoria e mais informações.