Los convertidores de CC/CC de conmutación militar deben cumplir con normas estrictas sobre emisiones de ruido de entrada conducidas, lo que a menudo requiere una red de filtro de entrada. Sin embargo, cuando las entradas del convertidor CC/CC están en paralelo, el ruido puede acoplarse de forma impredecible, lo que dificulta el diseño del filtro. Este artículo analiza este problema y muestra cómo la técnica de sincronización de frecuencia de conmutación en fase se puede utilizar para reducir las emisiones de forma fiable y significativa.
conversión CC/CC
Las fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS) se utilizan principalmente para la conversión de CC/CC aislada y no aislada debido a su alta eficiencia, diseño compacto y peso ligero. Las transiciones de conducción en transistores y diodos generan ruido eléctrico en diversos grados en varias topologías de circuitos SMPS. El ruido puede ser conducido o radiado a lo largo de las líneas de entrada y salida, apareciendo como ruido de modo común (CM) entre la línea y tierra, o ruido de modo diferencial (DM) entre la línea y los conductores de retorno.
La Tabla 1 muestra los límites de ruido específicos para convertidores CC/CC de grado militar. La suma de los voltajes CM y DM en la terminación de los 50 se monitorea utilizando una configuración típica de red de estabilización de impedancia de línea (Figura 1). EMI analizador.
Tabla 1: Límites militares de EMI, conducida (CE, DO) y radiada (RE, DO)
Figura 1: Red de estabilización de impedancia de línea para mediciones de EMI conducidas que muestran rutas de ruido CM y DM.
Tanto el ruido de DM como el de CM deben suprimirse para evitar exceder los límites de EMI. Sobre todo porque el ruido a lo largo de la conexión externa puede alternar entre los dos modos.
La forma de onda de la corriente de entrada depende de la topología de conmutación
Los bordes de conmutación contribuyen a la EMI conducida de alta frecuencia, pero la forma de onda de la corriente operativa fundamental define un nivel de emisión de DM de baja frecuencia con la respuesta de línea más alta en la frecuencia de conmutación. Dependiendo de la topología, la forma de onda de la corriente de entrada operativa puede ser discontinua (para los derivados “reductores”) o continua (como en los derivados de “impulso” de alta potencia, pero estos son discontinuos a potencias más bajas). En cualquier caso, la forma de onda actual se puede aproximar como la suma de una onda cuadrada y un triángulo repetido o una onda de diente de sierra en la frecuencia de conmutación. Esta es la corriente en la etapa de conmutación del convertidor CC/CC. Un filtro (al menos un condensador) en la entrada del convertidor debe mantener la corriente cerca de CC y el ruido residual por debajo de la línea límite estándar de EMI.
Una forma de predecir la amplitud de la respuesta EMI es descomponer la corriente en elementos cuadrados, de diente de sierra y triangulares en el dominio del tiempo y aplicar el análisis de Fourier para encontrar la amplitud de la respuesta de línea en el dominio de la frecuencia. Luego se puede diseñar un filtro a partir del gráfico de frecuencia para atenuar la respuesta al nivel requerido por el estándar EMI. Por ejemplo, la forma de onda de la corriente de entrada para un convertidor elevador de modo discontinuo es triangular con amplitud: Ipecado(norte) y nortePróximo armónico:
D. es el ciclo de trabajo y sip es la corriente máxima de la onda de diente de sierra.
Dependiendo del valor calculado, el capacitor de entrada puede ser suficiente, formando un solo polo para dar una atenuación de –20 dB/década con la frecuencia. De lo contrario, puede usar un inductor en serie adicional para dar un total de –40 dB/década, o un filtro CLC pi de –60 dB/década. Esto puede ser en general más pequeño que un solo capacitor para lograr la misma atenuación. Sin embargo, es probable que un solo condensador grande tenga una resistencia en serie equivalente (ESR) e inductancia (ESL) sustanciales, lo que reduce su eficacia. Agregar un filtro de entrada también introduce resonancia propia y resonancias parásitas, que pueden causar zumbidos, respuestas EMI adicionales y sobretensiones, por lo que se debe considerar la amortiguación. Esto se puede lograr colocando un capacitor y una resistencia en serie directamente a través de la entrada del convertidor. Sin embargo, en muchos casos, la ESR del capacitor final en la red de filtros se puede ajustar para proporcionar un efecto de amortiguación suficiente. El criterio de Middlebrook también es una restricción que establece que la impedancia de salida del filtro debe ser mucho menor que la entrada del siguiente convertidor para lograr estabilidad. Otra consideración del filtro es una clasificación de corriente continua adecuada para evitar el calentamiento excesivo y la saturación magnética en los picos de la forma de onda actual, especialmente a altas temperaturas.
Contribuyente
Este es un artículo contribuido publicado por Christian Jonglas, Gerente de soporte técnico de Gaia Converter.
Puedes consultar el artículo completo Libro electrónico de noticias de electrónica de potencia de octubre de 2022.