Design methodology for improved electromagnetic compatibility of switched-mode power converters

disertacija

• Naslov (hrvatski): Metodologija projektiranja prekidačkih pretvornika snage za poboljšanu elektromagnetsku kompatibilnost
• Autor: Raul Blečić
• Mentor: Adrijan Barić (mentor)
• Član povjerenstva: Adrijan Barić (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet elektrotehnike i računarstva; (Zavod za elektroniku, mikroelektroniku, računalne i inteligentne sustave); Zagreb
• Datum i država obrane: 2018, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Elektrotehnika
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 621.3 - Elektrotehnika

Sažetak

Switched-mode power converters are used in various applications, such as computer and office equipment, consumer electronics, networking and telecom equipment and industrial electronics. The main advantage of switched-mode power converters is the high conversion efficiency they provide. One of their most important disadvantages is the high level of electromagnetic emissions they generate, which can exceed the limits specified in the regulations. The objective of this dissertation is to develop a design methodology for switched-mode power converters with an improved electromagnetic compatibility. The methodology consists of combining the circuit and electromagnetic simulations to predict the generated emissions of the analyzed converter. The input decoupling network of a switched-mode power converter is the critical part for its electromagnetic compatibility. Therefore, it is analyzed with the aid of electromagnetic simulations and the methodology for its design is developed. Placing a conductive plane close to the source of the radiation is an effective way of reducing the radiated fields. The image theory is extended to model the impact of the finite ground planes, such as those used in switched-mode power converters. A procedure for calculation of radiated emissions of a converter based on the measurements performed by a transverse electromagnetic cell and a hybrid coupler is developed. The procedure consist of positioning the converter in multiple orientations inside the transverse electromagnetic cell. For the positioning, two card-edge connectors are used. The connectors are modeled by a generalized capacitance matrix of widely separated conductors. The methodology is applied to synchronous buck converters. A good agreement between the predicted radiated emissions and the measurements performed by a transverse electromagnetic cell is obtained.

Sažetak (hrvatski)

Prekidački pretvornici snage koriste se u mnogim aplikacijama, kao što su računalna oprema, potrošačka elektronika, mrežna oprema, industrijska elektronika, itd. Glavna prednost prekidačkih pretvornika snage je visoka efikasnost pretvorbe. Jedan od najznačajnijih nedostataka prekidačkih pretvornika snage su razine elektromagnetskih smetnji koje ti pretvornici generiraju, a koje mogu biti veće od zakonski dozvoljenih granica. Cilj ove disertacije je razviti metodologiju za poboljšanu elektromagnetsku kompatibilnost prekidačkih pretvornika snage. Metodologija se sastoji od kombiniranja rezultata sklopovskih i elektromagnetskih simulacija s ciljem predviđanja generiranih smetnji analiziranog pretvornika. Ulazna razdvojna mreža prekidačkih pretvornika snage je kritični dio za njihovu elektromagnetsku kompatibilnost. Zbog toga je ulazna razdvojna mreža dodatno analizirana elektromagnetskim simulacijama te je razvijena metodologija za projektiranje ulazne razdvojne mreže. Korištenje vodljive plohe u blizini izvora zračenja je efikasan način smanjenja zračenja. Teorija slika je proširena na modeliranje utjecaja vodljivih ploha konačnih dimenzija, koje se koriste u prekidačkim pretvornicima snage. Razvijena je procedura za izračun zračenih smetnji pretvornika temeljena na transverzalnoj elektromagnetskoj komori i hibridnom sprežniku. Procedura se sastoji od pozicioniranja pretvornika u više položaja unutar transverzalne elektromagnetske komore. Dva konektora su korištena za pozicioniranje. Konektori su modelirani koristeći metodu generalizirane matrice kapaciteta široko razmaknutih vodova. Metodologija je primijenjena na sinkroni prekidački pretvornik te je ostvareno dobro podudaranje između predviđenih i izračunatih smetnji.

• Ključne riječi: card-edge connectors; electromagnetic simulations; generalized capacitance matrix; hybrid coupler; image theory; impedance mismatch; input decoupling network; radiated emissions; small loop; synchronous buck converters; transverse electromagnetic (TEM) cell.
• Ključne riječi (hrvatski): rubni konektori; elektromagnetske simulacije; generalizirana matrica kapaciteta; hibridni sprežnik; teorija slika; neprilagođenje impedancije; ulazna razdvojna mreža; zračene smetnje; mala petlja; sinkroni prekidački pretvornik; transverzalna elektromagnetska (TEM) komora.
• Jezik: engleski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:411593
• Datum promocije: 2018
• Studijski program: Naziv: Elektrotehnika; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: poslijediplomski znanstveni (doktorski); Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, po-dručje tehničkih znanosti (dr. sc.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Opseg: xxxiv, 143 str. : ilustr. ; 24 cm + CD.
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Zatvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2023-01-24 12:15:21