Parazita elemek hatásának vizsgálata DC/DC konverterekben
Az elektromágneses összeférhetőség (EMC) figyelembevételének jelentős szerepe van az autóipari termékfejlesztésben. Az esetek túlnyomó többségében az EMC-re való optimalizálás csak a főbb fejlesztési folyamat után kerül előtérbe, ugyanis az eredmények csak a teljes eszköz esetén lehetnek reprezentatívak, ez pedig nem mondható el egy feszültségátalakító modulról, mely részegységnek minősül. Ideális esetben a fejlesztők rendelkeznek a priori ismerettel az EMC problémák forrásáról és azok hatásáról az eszközre, amit fel tudnak használni az aktuális tervezéshez. A kapcsolóüzemű DC/DC átalakítók alkatrészei, áramköri lapja és az eszköz teljes felépítéséből származó parazita hatások rezonanciákat okoznak. Ezek bizonyos frekvenciákon elfogadhatatlan mértékben megnövelik a zajt, melyet szabványok korlátoznak. Ennek elkerüléséhez tisztában kell lennünk a lehetséges parazita elemekkel. Sajnos e hatások eszközről eszközre változnak, így minden tervezésnél más-más módon szükséges ezeket vizsgálnunk. Erre az egyik leghatékonyabb módszer idő és költség szempontjából a számítógépes szimuláció, ahol kisebb változtatásokat végezhetünk a modellen, így optimalizálva az elektromágneses összeférhetőségre. Viszont a modell viselkedését minden esetben hitelesíteni kell méréseken keresztül, és szükséges ismerni az alkalmazhatóság korlátait.
Jelen munkában egy kapcsolóüzemű feszültségcsökkentő konvertert vizsgálunk (aszinkron buck topológia), szem előtt tartva az ismertebb parazita elemeket és azok hatását az eszköz zajára. A fő célunk ezen hatások relatív összehasonlítása a fejlesztési folyamat elősegítéséhez. Ehhez a CST Microwave and Design Studio modulját alkalmazzuk, amely figyelembe tudja venni az eszköz fizikai felépítéséből származó parazitákat is. A szimulációt összehasonlítjuk mérési eredményekkel többféle megvalósított áramköri variánshoz. Bemutatjuk a modell felépítéséhez szükséges alkatrészek (FET, dióda, IC és a passzív alkatrészek) fontosabb parazita elemeit, és ezek megfelelő beállítását, továbbá a konverter zajának csillapítására szolgáló RL snubber tervezését és tulajdonságait is. A különféle zajok forrásának meghatározására a konverter jeleit időtartományban is vizsgáljuk, amivel meg tudjuk állapítani, hogy az egyes nagyfrekvenciás komponensek melyik működési fázisban lépnek fel. Erre az úgynevezett short-time FFT algoritmust alkalmazzuk a mért és szimulált időtartománybeli jeleken, amely megmutatja különböző időpillanatokban a jel spektrális kiterjedését. Végezetül megadunk egy eljárást, mely a szabványos sugárzott zavarméréssel összhangban képes megbecsülni a problémás frekvenciasávban az emisszió mértékét.
szerzők
-
Csernyava Olivér
Villamosmérnöki szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc) -
Kenderes Anett
Villamosmérnöki szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Szűcs László
tudományos segédmunkatárs, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék -
Szűcs Bálint
EMC szakértő (hardver csoport), Robert Bosch Kft. (külső) -
Leibinger Árpád
csapatvezető (hardver csoport), Robert Bosch Kft. (külső)
