Utiliza filtros EMI comerciales para simplificar el cumplimiento de la transmisión de los vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos modernos (VE) utilizan 25 o más procesadores para controlar diversos aspectos de su funcionamiento, desde sistemas avanzados críticos de asistencia al conductor (ADAS) hasta sistemas de redes y entretenimiento a bordo menos vitales. Con una gama tan amplia de sistemas electrónicos en espacios reducidos, los diseñadores deben abordar la certificación de compatibilidad electromagnética (EMC) y el riesgo de interferencias electromagnéticas (EMI). Una fuente principal de EMI es el sistema eléctrico del vehículo, que convierte la energía continua de las baterías en altos voltajes y corrientes utilizados para accionar los motores del vehículo.

El núcleo del sistema de potencia del vehículo es el inversor de potencia, que utiliza semiconductores conmutados para convertir la corriente continua en formas de onda de transmisión de motor. Debido a las rápidas velocidades de conmutación del inversor, puede generar EMI, ya sea conducida a través de las líneas eléctricas o radiada. Por ello, la certificación EMC es una de las barreras más persistentes en el diseño de transmisiones eléctricas.

Filtros EMC estándar de fábrica

Para facilitar la certificación EMC, TDK ha introducido los filtros EMI CarXield Power para vehículos eléctricos. Estos filtros ofrecen un diseño totalmente validado, rentable y ya disponible, reduciendo la necesidad de desarrollo interno y la posterior cualificación.

En la práctica, el filtro CarXield se coloca entre el inversor apantallado y la batería (Figura 1, abajo). El motor está aislado del inversor mediante un núcleo de anillo de modo común (Figura 1, arriba e abajo). Dentro de la carcasa del protector del inversor, los buses positivo y negativo se derivan hacia el blindaje mediante un capacitor en serie con una resistencia de amortiguamiento.

Figura 1: El filtro CarXield se coloca entre el inversor apantallado y la batería, y se inserta un núcleo de anillo de modo común entre el inversor y el motor. (Fuente de la imagen: TDK Electronics)

Los filtros CarXield suprimen eficazmente la interferencia del inversor con la batería, mejorando el rendimiento EMI de la transmisión del vehículo y simplificando el cumplimiento normativo y la certificación para vehículos eléctricos de gama media.

Diseño del filtro CarXield

El CarXield es un filtro de tres etapas compuesto por obturadores de modo común y capacitores X e Y (Figura 2). Los estranguladores de modo común (también llamados estranguladores compensados por corriente) suprimen la interferencia de modo común. Los capacitores X están conectados entre los buses de alimentación para reducir la interferencia en modo diferencial, mientras que los capacitores Y se conectan entre cada bus y tierra para suprimir el ruido en modo común.

Figura 2: El filtro de tres etapas de CarXield comprende inductores de modo común y capacitores Y para reducir interferencias y ruido en modo común, y capacitores X para minimizar interferencias diferenciales. (Fuente de la imagen: TDK Electronics)

Los obturadores utilizan tecnología de núcleo nanocristalino, lo que garantiza un rendimiento magnético superior y bajas pérdidas de energía. El diseño incluye un circuito de descarga pasiva para reducir de forma segura el voltaje almacenado cuando está apagado.

Los filtros CarXield, diseñados para montaje en chasis, están alojados en una carcasa metálica compacta con tapa de plástico y miden 5.5 × 2.3 × 1.97 pulgadas (in) (140 × 59 × 50.0 milímetros (mm)). Están disponibles con barras colectoras integradas (Figura 3, izquierda) o sin (Figura 3, derecha).

Figura 3: Los filtros CarXield están alojados en una carcasa metálica con una cubierta de plástico con barras colectoras integradas (izquierda) o sin (derecha). (Fuente de la imagen: TDK Electronics)

Las barras colectoras se aseguran desde arriba usando cuatro tornillos. Múltiples asas de tierra soportan una conexión a tierra excepcional.

Los filtros son adecuados para sistemas de 500 y 1000 voltios. Por ejemplo, el filtro de línea B84252A0200A000 es un dispositivo de estado permanente de 500 voltios y 200 amperios (A) CC a 85 °C. Puede soportar corrientes máximas de 350 A durante hasta 60 segundos (s) y 600 A durante 10 s.

El B84252B0400A000 está diseñado para 1000 voltios y una corriente en estado estacionario de 400 A a 85°C. Puede soportar corrientes de pico de 650 A durante 60 s o 1000 A durante hasta 10 s.

Ambos filtros tienen barras colectoras y están clasificados para un rango de temperatura ambiente de -40 a 85 °C. El autocalentamiento resistivo bajo carga se minimiza mediante una resistencia típica de corriente continua (DCR) de solo 0.1 miliohios (mΩ).

Rendimiento del filtro

La efectividad del filtro se mide por su pérdida de inserción en función de la frecuencia, que se representa como atenuación en decibelios frente a la frecuencia (Figura 4).

Figura 4: Se muestra una comparación entre la pérdida de inserción y la frecuencia para los filtros B84252A0200A000 y B84252B0400A000. (Fuente de la imagen: TDK Electronics)

Tanto el filtro B84252A0200A000 como el B84252B0400A000 presentan características similares de pérdida por inserción, con una baja atenuación entre 10 y 100 kilohercios (kHz). La atenuación aumenta significativamente a frecuencias superiores a 1 megahercio (MHz).

La serie de filtros CarXield cumple con los estándares de fiabilidad y resistencia automovilística. Los filtros están certificados según AEC-Q200 y se validan según perfiles MBN LV 124. Estas certificaciones reducen el tiempo de desarrollo y disminuyen los riesgos de diseño en comparación con los diseños internos.

Conclusión

La EMI es un obstáculo para la certificación EMC en el diseño de vehículos eléctricos. La serie de filtros TDK CarXield suprime EMI. Su diseño y embalaje estandarizados y de alto rendimiento satisfacen las necesidades de los vehículos eléctricos de tamaño medio. Además, estos filtros ofrecen flexibilidad en el envase, con opción para barras colectoras.