Elektromágneses interferencia szűrők nagyfrekvenciás mérése és szimulációja

Egy elektromos eszköz tápellátásában elengedhetetlen a stabil, zavarokat és felharmonikusokat nem tartalmazó teljesítményáramlás, ezért a vezetett úton terjedő zavarok ellen védeni kell az eszközeinket. Jellemző a nagyfrekvenciás és nagy teljesítményű alkalmazások zajszűrésére az elektromágneses interferencia (EMI) szűrők használata. Egy eszköz zavartűrése (immunitása) mellett a saját maga által kibocsátott zavar (emisszió) is fontos, ezekre szigorú nemzetközi előírások vonatkoznak, amelyek megszegésével az alkatrész nem lehet egy nagyobb rendszer része. E két területtel – az immunitás és az emisszió vizsgálatával – az elektromágneses kompatibilitás (Electromagnetic Compatibility - EMC) foglalkozik. Az EMC-re való tervezés során az EMI szűrő egy alkalmas áramköri helyettesítőképével számolunk, amelynek a komponensek (kondenzátorok, induktivitások, hordozó, vezetékek stb.) nagyfrekvenciás parazita jelenségeit is kezelnie kell. Hely- és költségtakarékossági szempontból az alkatrészek jellemzően egymáshoz közel kerülnek beültetésre a szűrőben, melyek egymással közeltéri csatolásba lépnek, és ez kihathat a szűrő hatékonyságára - egy pontos áramköri ekvivalensnek ezt is le kell tudnia írni.

Tipikus autóipari példa - a jó hatékonyságuk miatt előszeretettel használt - inverterek szűrése, melyek jelentős felharmonikus tartalmat bocsátanak ki magukból, ezzel vezetett úton terjedő zavarként kárt okozhatnak más berendezésekben - például a nagyfeszültségű DC akkumulátorban. A fejlesztési folyamat során már viszonylag korai fázisban ki kell választani az EMI szűrő komponenseit, a topológia azonban (elsősorban a mechanikai tervezés kötöttségei okán) folyamatosan változhat és az első legyártott minta is csak később áll rendelkezésre. Így már ebben az átmeneti időszakban is fontos, hogy prediktálni tudjuk a szűrő csillapítási karakterisztikáját, de a módosuló topológia miatt a közeltéri csatolások hatása változik.

Munkánkban módszertant mutatunk, amellyel egy komponenseivel adott EMI szűrő ekvivalens áramköri modellje előállítható csupán impedanciaanalizátort alkalmazó mérési összeállítások segítségével. Megmutatjuk, hogy 3D elektromágneses szimulációk segítségével hogyan nyerhetőek ki a komponensek közötti csatolások (elsősorban kölcsönös induktivitások), amelyekkel az áramköri modell finomhangolható a változó topológiához. Vizsgálatunkban taglaljuk a szűrő kondenzátorainak és az induktív részének, a komplex geometriájú közös módusú fojtónak egy egyszerű 3D modellezését. Kitérünk a csatolások változására távolság és orientáció szerint, ami így a tervező segítségére lehet az optimális topológia megválasztásánál, illetve figyelembe vesszük a hozzávezetések, vezetékek további csatolásait is. A szimulációkat CST Microwave Studio-ban végezzük, az eredményeket egy megépített EMI szűrő prototípuson végzett mérésekkel támasztjuk alá.

szerző

• 
  Pintér Bálint
  Villamosmérnöki szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

• 
  Bingler Arnold
  Tanársegéd, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
  

helyezés