Ontwerpen van EMI filters voor vermogenselektronica - EMC/ESD - Kennis - Engineersonline.nl

2021-12-02 03:53:27 By : Ms. Mira Wong

Figuur 1. Interferentiepaden in een besturingssysteem.

Interferentie-emissies kunnen alleen worden verminderd door EMI-filters te gebruiken. Aan de netzijde worden hiervoor netfilters en ontstoringscombinaties met filters en smoorspoelen gebruikt; motorspoelen of du/dt-filters aan de uitgangszijde. In veel toepassingen betekent de uitgang van een gelijkrichter dat de snelheid waarmee de uitgangsspanning kan veranderen beperkt is tot minder dan 500 V/ms. Als dat niet genoeg is, worden sinusfilters gebruikt.

Figuur 2 toont de storingspaden nadat ze zijn gewijzigd met behulp van EMI-filters. Elektromagnetisch compatibele systemen worden gerealiseerd door insluiting van de stoorstromen.

Afbeelding 2. Interferentiepaden in een besturingssysteem na gebruik van EMI-filters

Om een ​​goede werking te garanderen, worden vermogenselektronicasystemen altijd gebruikt in combinatie met eentraps of meertraps EMI-filters. Het ontwerp van dergelijke filters is gebaseerd op jarenlange ervaring. De nadruk ligt op praktijkexperimenten; Ondanks intensieve inspanningen is hiervoor nog geen geschikte ontwerpmethodiek ontwikkeld.

Het ontwerp verloopt in principe op de in figuur 6 geschetste manier. Het proces bevat twee iteratielussen, die als 'trial and error' kunnen worden omschreven. Dankzij uitgebreide ervaring op dit gebied is het mogelijk om het aantal iteratiestappen beperkt te houden. Het is echter moeilijk om vooraf in te schatten hoeveel pogingen er nodig zijn en hoe hoog de ontwikkelkosten zullen zijn. Elke iteratiestap brengt hoge kosten met zich mee, omdat er telkens een filter gebouwd moet worden om praktijktesten uit te voeren.

Figuur 3. Lijnfilter voor 5 A tot 1200 A.

In veel gevallen bevatten moderne vermogenselektronica-systemen ten minste de altijd noodzakelijke EMC-filtering, die basisontstoring wordt genoemd. Bij het ontwerpen van dergelijke EMI-filters die in het systeem zijn geïntegreerd, wegen de geschetste problemen extra zwaar. Om het ontworpen filter te kunnen beoordelen, moet naast het filter zelf, de complete schakeling al kant-en-klaar beschikbaar zijn. Wijzigingen aan het filter na een iteratiestap kunnen echter ook veranderingen in het algehele ontwerp noodzakelijk maken, wat de totale kosten aanzienlijk zal verhogen.

Het zal duidelijk zijn dat het in de toekomst belangrijk zal zijn om een ​​geschikte methodologie te ontwikkelen die een effectief ontwerp van EMI-filters voor vermogenselektronica mogelijk maakt.

Figuur 4. du/dt-filter voor 1 A tot 610 A.

Figuur 5. Sinusfilter voor 2,5 A tot 500 A.

Momenteel zijn er onderzoeksactiviteiten gaande op het gebied van EMC in vermogenselektronica met betrekking tot de beheersing van elektromagnetische interferentie-emissies van vermogenselektronische systemen, bij voorkeur tegen lage kosten. In de huidige activiteiten zijn twee richtingen te onderscheiden. Enerzijds betreft het de verbetering van de ontwerpmethodiek voor EMI-filters, waarbij al vroeg in het ontwikkelingsproces van het totale systeem aandacht wordt besteed aan de interferentie-emissie. Aan de andere kant worden nieuwe filtertopologieën onderzocht om de kosten voor EMC te verlagen en om vermogenselektronica beter in te zetten, zelfs in storingsgevoelige omgevingen.

Figuur 6. 'Vroeger' ging het ontwerp van het EMI-filter zo. (bron: Fraunhofer IZM/Max Fuss)

In een gezamenlijk langetermijnonderzoeksprogramma onderzoeken het Duitse Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration en het bedrijf Max Fuss GmbH de relatie tussen de structuur van filtercomponenten en hun parasitaire eigenschappen. Het doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van een effectieve ontwerpmethodologie voor EMI-filters voor vermogenselektronica. In figuur 7 is de opbouw van zo'n nieuwe methode weergegeven. Een essentieel onderdeel is het adequaat modelleren van alle componenten die het gedrag van het filter beïnvloeden. Als deze modellering succesvol is, kunnen de ontwerp-iteraties - ook in de toekomst nodig - met een simulator worden uitgevoerd. Dit leidt tot aanzienlijke kostenbesparingen, niet alleen door de kortere ontwikkeltijd, maar ook omdat het niet meer nodig is om voor elke test een compleet filter te bouwen.

Afbeelding 7. Een moderne methode om EMI-filters te ontwerpen. (bron: Fraunhofer IZM/Fuss)

Zelfs als alle beschikbare richtlijnen en voorschriften voor een elektromagnetisch compatibel ontwerp van vermogenselektronicasystemen strikt worden nageleefd, zal het meestal nodig zijn om EMI-filters te gebruiken om de compatibiliteit van het hele systeem te bereiken.

In tegenstelling tot veel micro-elektronicasectoren, zijn er momenteel geen geschikte tools op systeemniveau op de markt voor EMI-simulatie. Het voorspellen van de invloed van de vele systeemcomponenten die in de ontwerpfase deels onbekend zijn op het uiteindelijk optredende interferentiespectrum is onderwerp van onderzoek. Daarom worden moderne methoden voor filterontwerp ontwikkeld op basis van uitgebreide EMI-simulaties, die het benodigde aantal iteraties in het ontwerpproces voor een onderdrukt systeem verminderen. Na afronding van het onderzoeksproject zal het mogelijk zijn om de EMI-filters die nodig zijn voor een bepaald vermogenselektronicasysteem voor ongeveer 70% tot 90% te ontwerpen met behulp van een computerondersteunde ontwerpmethode. Dit is een enorme sprong voorwaarts ten opzichte van de huidige praktijk in termen van ontwikkelingstijd en -inspanning.

Stephan Guttowksi, Fraunhofer IZM, Volker Keddig, Max Fuss GmbH

Hier kun je een reactie achterlaten op het bericht. Om spam te voorkomen worden reacties pas gepubliceerd na beoordeling door de redactie.

Met radarsystemen bewaakt u ook veilig beschermde gebieden wanneer optische sensoren hun limieten bereiken...

Onderzoekers van de Seoul National University in Zuid-Korea hebben een kameleonachtige robot ontwikkeld...

40 jaar geleden debuteerden The Rolling Stones met hun iconische album Tattoo You. Boston Dynamics…

Je hebt robots en je hebt drones, maar er waren geen robots die konden vliegen en lopen...

Kun je koken met laser? Zal het leuk zijn? En is het goed gaar van binnen? Universiteit van Colombia…

Vandaag is het precies zestig jaar geleden dat de Tweede Kamer op voorstel van de minister van Onderwijs Cals instemde met de oprichting van een Technische Universiteit in Enschede. Universiteitskrant U-Today viert dit met…

Een nieuw gelei-achtig materiaal is bestand tegen het gewicht van een olifant en keert terug naar zijn oorspronkelijke vorm, ook al bestaat het voor 80% uit water.

Een nieuw machine learning-model stelt robots in staat om interacties tussen verschillende objecten te begrijpen. Dit is handig voor industriële robots die complexe manipulatietaken in meerdere stappen moeten uitvoeren, ...

Naar digitaal magazine 1, Elektronica productie >>

Naar alle digitale tijdschriften >>

Een congres en vakbeurs gericht op het bijhouden van de ontwikkelingen op het gebied van geavanceerde batterij- en...

Hoe ziet het voedselsysteem van de toekomst eruit? Welke rol speelt technologie daarbij?

Dit seminar geeft een technisch en marktoverzicht van magneetrecycling in de EU, met actuele O&I...

Disclaimer/privacyverklaring Contact Colofon Inschrijven Adverteren E-mail nieuwsbrief Sitemap

Vraag en aanbod Wie levert Constructor Elektro-Data A&B Kunststof en Rubber

© 2010-2019 MYbusinessmedia Holding bv Alle rechten voorbehouden