Técnicas de Reducción de Efectos Parásitos en Elementos Inductivos de Filtros EMI

Abstract

This work investigates the impact of parasitic effects on inductors and common-mode chokes used in electromagnetic interference applications, with the primary objective of enhancing EMI filter performance in electronic systems. By focusing on the parasitic capacitance that inherently affects these components, the study provides actionable insights and practical guidelines for engineers to improve the design and efficiency of EMI filters. Parasitic effects, particularly parasitic capacitance, can significantly degrade the performance of inductors and CMCs, especially at high frequencies. These unwanted effects can lead to reduced filtering efficiency and compliance issues in electronic devices. This work aims to understand these parasitic elements better and develop strategies to mitigate their adverse impacts. This work begins by examining ring-core inductors, crucial for high-frequency EMI applications. Through detailed analysis, it is shown that the permittivity of the core material and the configuration of the windings play a pivotal role in determining the level of parasitic capacitance. This finding is critical for designing inductors that perform optimally in high-frequency environments. In exploring common-mode chokes, this work likewise highlights how different winding strategies influence parasitic capacitance. Practical guidelines are provided for selecting core materials and designing winding configurations to minimize parasitic effects. Additionally, the study addresses the issue of asymmetries in CMCs, which can result from manufacturing variations or local losses of homogeneity in core material properties. The work introduces a novel method to account for these asymmetries in the modeling process, thus improving the accuracy of predictions and the effectiveness of the EMI filter’s component.

En este trabajo se investiga el impacto de los efectos parásitos en inductores y chokes de modo común, utilizados en aplicaciones de interferencia electromagnética, con el objetivo principal de mejorar el rendimiento de los filtros EMI en sistemas electrónicos. Al centrarse en la capacidad parásita que afecta intrínsecamente a estos componentes, el estudio proporciona información útil y directrices prácticas dirigidas a los ingenieros con el fin de mejorar el diseño y la eficacia de soluciones de filtrado. Los efectos parásitos, en particular la capacidad parásita, pueden degradar significativamente el rendimiento de los inductores y chokes, especialmente a altas frecuencias. Estos efectos no deseados pueden conducir a una reducción de la eficiencia de filtrado y a problemas de cumplimiento de normativa en los dispositivos electrónicos. El objetivo de este trabajo es comprender mejor estos elementos parásitos y desarrollar estrategias para mitigar sus efectos adversos. En primer lugar, se examinan los inductores de núcleo anular, cruciales para las aplicaciones EMI de alta frecuencia. Mediante un análisis detallado, se demuestra que la permitividad del material del núcleo y la configuración del devanado desempeñan un papel fundamental en la determinación del nivel de capacidad parásita. Este hallazgo es fundamental para diseñar inductores que funcionen de forma óptima en entornos de alta frecuencia. Asimismo, al estudiar los chokes en modo común, este trabajo también pone de relieve cómo influyen las distintas estrategias de bobinado en la capacidad parásita. Se ofrecen directrices prácticas para seleccionar los materiales del núcleo y diseñar configuraciones de bobinado que minimicen los efectos parásitos. Adicionalmente, este trabajo aborda el problema de las asimetrías en chokes, que pueden deberse a variaciones en la fabricación o a pérdidas locales de homogeneidad en las propiedades del material del núcleo. El trabajo presenta un método novedoso para tener en cuenta estas asimetrías en el proceso de modelado, mejorando así la precisión de las predicciones y la eficacia del componente de filtro EMI.