Interferenze sempre più basse nell’elettronica di potenza

In elettronica, le interferenze e i rumori sono disturbi indesiderati ad alta frequenza o sovrapposizioni non volute sui segnali elettrici. I rumori tra le linee di alimentazione possono provenire dall’interno del sistema stesso oppure potrebbero essere generati da fonti esterne. Essi potrebbero risultare transitori o permanenti e, in ogni caso, vanno assolutamente eliminati o attenuati il più possibile. I prodotti di PAIRUI, distribuiti da MOS srl, consentono di raggiungere proprio l’obiettivo di abbassare il livello di interferenze nei sistemi di potenza, per disporre di generatori e di convertitori con la più alta efficienza possibile.

Rumori e interferenze

Il rumore elettrico è associato a un segnale elettrico indesiderato (vedi sismogrammi in Figura 1). Si noti che i disturbi derivanti dal rumore sono diversi dalle distorsioni armoniche e dai transitori poiché essi non agiscono come forme d’onda. Le fonti di rumore includono dispositivi elettronici di potenza, circuiti di controllo e alimentatori switching. Tali effetti possono essere più evidenti quando viene introdotta la messa a terra nel sistema.

Figura 1: l’analisi spettrale di un segnale affetto da rumore e da interferenze mostra chiaramente la non purezza del segnale

Il rumore elettrico è, dunque, un insieme di fluttuazioni casuali di correnti e di tensioni spontanee o indotte. È presente in qualsiasi sistema elettrico ed elettronico. Esso può provenire da qualsiasi luogo come, ad esempio da sistemi esterni o dall’interno del circuito stesso. Le cause possono derivare anche da sorgenti esterne, come trasmettitori RF, linee elettriche, conduttori posti nelle vicinanze, motori che assorbono grandi correnti improvvise, ecc.

L’interferenza elettromagnetica (EMI) è il rumore causato dalla corrente in altri conduttori o cavi vicini e va eliminato in modo più assoluto, per poter garantire la sicurezza dei dispositivi e poterne permettere, in tal modo, la certificazione. I transitori sono inevitabili. Essi sono dovuti alla commutazione rapida di correnti elevate. Ad esempio, un motore crea un picco di energia al suo spegnimento. Un condensatore, invece, crea un cortocircuito momentaneo all’inizio del suo caricamento. 

Dopo l’improvvisa caduta di tensione essa ritorna ai valori normali. È possibile ridurre il rumore esterno applicando una schermatura fisica metallica al cablaggio e ai circuiti, in modo da impedire l’ingresso delle radiazioni elettromagnetiche esterne. Il rumore può anche essere determinato dal circuito stesso, a causa di una progettazione non ottimale, di una disposizione imperfetta dei componenti, di dispositivi difettosi o di connessioni imperfette.

Negli alimentatori switching, con segnali misti analogici e digitali, è del tutto fisiologica la generazione di rumore e interferenze, proprio per via delle commutazioni rapide dei componenti, specialmente di quelli reattivi. È possibile ridurre il rumore del circuito interno riducendo la lunghezza dei cablaggi, prevedere induttanze, filtri, ottimo materiale ferromagnetico, componenti differenziali e trasformatori di isolamento. Inoltre, in questo tipo di circuiti, è indispensabile mantenere isolate tra loro le zone digitali da quelle analogiche. I sistemi di clock, infatti, riescono a introdurre rumore nel segnale analogico. Non per ultimo, l’aumento della temperatura potrebbe aumentare il rumore termico dei componenti.

Le soluzioni di MOS: un valore aggiunto

MOS si avvale di partner in grado di fornire alti standard dei prodotti e di supporto tecnico per la gestione dell’intero ciclo di sviluppo della produzione.

MOS offre una vasta gamma di componenti e prodotti del mercato elettronico mondiale ed è distributore ufficiale di componenti elettronici passivi ed elettromeccanici dedicati ai seguenti settori:

  • automazione;
  • consumer;
  • power;
  • telecomunicazione;
  • militare;
  • industriale;
  • medicale.

MOS propone un diversificato insieme di servizi che lo contraddistinguono, tra cui:

  • distribuzione specializzata per le case produttrici, per le quali una partnership con produttori locali ed esteri assicura un approvvigionamento del materiale a 360 gradi;
  • prodotti custom, con l’offerta di soluzioni personalizzate che rispecchiano in toto tutte le esigenze dei clienti;
  • servizio Kitting, che permette la fornitura del kit completo di componenti necessari alla produzione;
  • rapidità nel fornire risposte e feedback ai propri clienti;
  • tracciabilità dei prodotti ed etichettatura personalizzata per identificare i componenti da fornire;
  • magazzino automatizzato e safe stock dedicato, al fine di garantire l’immediata disponibilità dei componenti necessari per la produzione.

I prodotti PAIRUI

Scopriamo adesso le soluzioni di mercato offerte da uno dei distributori di MOS, PAIRUI. Essa si concentra nella produzione di componenti magnetici, prodotti energetici, tenuta dei componenti e tecnologia di assemblaggio. La sua attività è dedicata ai dispositivi di alimentazione e componenti magnetici, offrendo una linea di prodotti con prestazioni affidabili e una tecnologia avanzata. Il campo su cui si dedica PAIRUI comprende i seguenti settori:

  • trasformatori di potenza;
  • trasformatori per l’alta frequenza;
  • trasformatori incapsulati;
  • induttori per l’alta corrente;
  • induttori schermati di potenza SMD;
  • induttanze a montaggio superficiale;
  • induttori assiali;
  • filtri di linea SMD;
  • e molto altro.

Esaminiamo, adesso, le caratteristiche tecniche di alcuni prodotti di PAIRUI, descrivendone anche i relativi campi di applicazione.

Frame core chokes

I frame core chokes sono disponibili in diverse serie, in relazione alla induttanza intrinseca, alla forma fisica, alla disposizione dei terminali e alla corrente massima (vedi figura 2). I più recenti e rappresentativi fanno parte delle seguenti famiglie:

  • FACCF16, per potenze comprese tra 0 W e 75W;
  • FACCF23BH, per potenze comprese tra 220 W e 400 W;
  • FACCF23BV, per potenze comprese tra 220 W e 400 W;
  • FACCF23H, per potenze comprese tra 85 W e 200 W;
  • FACCF23V, per potenze comprese tra 85 W e 200 W.

Per potenze superiori a 400 W e, in ogni caso inferiori a 3000 W, il catalogo PAIRUI propone le soluzioni più ottimali e i dispositivi possono essere anche personalizzati dall’azienda. La seguente tabella elenca alcune caratteristiche principali:

SeriemHAmOhmVPeso
FACCF1610~1001.6~0.45290~2930250 VAC9 g
FACCF23BH10~1002.3~0.6188~1810250 VAC19 g
FACCF23BV10~1002.3~0.7188~1810250 VAC19 g
FACCF23H10~1002.3~0.7188~1810250 VAC17 g
FACCF23V10~1002.3~0.7188~1810250 VAC17 g
Figura 2: alcuni filtri del catalogo di PAIRUI

Questi filtri trovano applicazioni in settori diversificati e, a volte, critici quali:

  • illuminazione interna;
  • illuminazione esterna;
  • illuminazione stradale;
  • illuminazione a LED;
  • medici;
  • industriali;
  • eccetera.

Gli induttori in modo comune e modo differenziale (molti dei quali brevettati) sono usati spesso nei reattori elettronici e negli SMPS e contribuiscono a risolvere al meglio i problemi legati all’EMI risparmiando, nel contempo, i costi di ricerca e di sviluppo.

Analisi e miglioramento di un alimentatore esterno a LED

Di seguito viene proposto un caso pratico di miglioramento di un dispositivo, utilizzando diverse tipologie di induttanze, e il cui schema elettrico è mostrato in figura 3. I test di efficienza riguardano l’adozione di induttori dell’azienda che migliorano nettamente le prestazioni del convertitore

Figura 3: schema elettrico del dispositivo sottoposto a test

I risultati delle prove sono evidenziati nei grafici di cui alla figura 4. Prima del miglioramento sono state utilizzate due induttanze in modalità comune EE25, come da risultato del test nel grafico, mentre i reali miglioramenti sono stati registrati implementando gli induttori integrati in modo comune e modo differenziale FACCF23H, con risultati importanti. Come detto prima, l’azienda produce campioni di induttori anche personalizzati, in base alle correnti, tensioni, induttanze e diametri del filo utilizzati.

Figura 4: i risultati dei test

Conclusioni

MOS, attivo da 30 anni sul territorio nazionale, offre ai propri clienti la conoscenza e la competenza di chi ha sempre operato nel settore dell’elettronica. Con la sua estrema flessibilità e capacità di adattamento all’evoluzione del mercato, il distributore garantisce un costante supporto e un’attenzione verso i propri clienti diventando, nel contempo, un fidato alleato delle aziende con cui collabora.

Giovanni Di Maria
Appassionato fin da piccolo di elettronica, matematica e fai da te, Giovanni è programmatore, insegnante di informatica e matematica. Ama i numeri ed è sempre alla ricerca di grandi numeri primi. Giovanni è autore di un libro sulla programmazione del microcontrollore PIC 16F84 con mikroBasic. Giovanni è il titolare dell’azienda di elettronica e informatica ElektroSoft, si occupa di formazione, insegnamento e redazione di articoli tecnici a tempo pieno.