dc.contributor.advisor | Bernal Méndez, Joaquín | es |
dc.creator | Domínguez-Palacios Durán, Carlos Guillermo | es |
dc.date.accessioned | 2020-09-16T10:26:46Z | |
dc.date.available | 2020-09-16T10:26:46Z | |
dc.date.issued | 2020-07-17 | |
dc.identifier.citation | Domínguez-Palacios Durán, C.G. (2020). Caracterización a Altas Frecuencias de Chokes de Modo Común para Filtros EMI en Aplicaciones Aeroespaciales. (Tesis Doctoral Inédita). Universidad de Sevilla, Sevilla. | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11441/101172 | |
dc.description.abstract | En los sistemas electrónicos de potencia modernos se emplean frecuencias de
conmutación cada vez más altas para aumentar la densidad de potencia. Esta
tendencia conlleva un agravamiento de los problemas de interferencias electromagnéticas
(EMI), lo que dificulta el cumplimiento de las normas que limitan
las emisiones electromagnéticas de estos equipos. En este contexto, un diseño
apropiado y una caracterización del filtro EMI en un amplio rango de frecuencias
puede ayudar en gran medida a mantener las emisiones electromagnéticas bajo
control, evitando al mismo tiempo un sobrediseño del filtro. Esto es especialmente
importante en aplicaciones donde restricciones muy exigentes de tamaño y peso se
combinan con regulaciones estrictas de compatibilidad electromagnética (EMC),
como por ejemplo sucede en aplicaciones aeronáuticas.
El trabajo que se presenta en esta Memoria está enfocado a mejorar las técnicas
de caracterización de chokes de modo común, que son componentes fundamentales
de los filtros EMI. Se parte de un circuito eléctrico de parámetros concentrados del
choke de modo común donde no sólo se incluyen los efectos de baja frecuencia, sino
también los parásitos que alteran el comportamiento de estos componentes a altas
frecuencias. Se realiza un análisis modal del choke de modo común a partir del
modelo de circuito planteado. Se obtienen expresiones analíticas de las frecuencias
de resonancia y los coeficientes de transmisión para distintas configuraciones, y
se identifica una conexión que permite analizar simultáneamente la respuesta del
choke a las corrientes en modo común y en modo diferencial. Se desarrolla una
técnica, basada en el uso de algoritmos de búsqueda avanzados, para encontrar los
parámetros del modelo de circuito de alta frecuencia del choke de modo común que
mejor aproxima el comportamiento real en las diferentes configuraciones. La clave
del método propuesto lo constituye la disponibilidad de expresiones analíticas,
lo que supone una disminución significativa del coste computacional típicamente
asociado a estos algoritmos de búsqueda de parámetros. Se han medido diferentes
chokes de modo común comerciales y se ha comparado la respuesta proporcionada
por el modelo con las medidas experimentales. La ventaja fundamental que esta
técnica de medida ofrece frente a técnicas previamente propuestas en la literatura es que permite caracterizar un choke de modo común a partir de una sola medida
que además no requiere circuitos auxiliares (como balunes).
El análisis realizado para caracterización de chokes ha permitido también diseñar
una técnica alternativa para medir la atenuación de modo diferencial proporcionado
por un choke de modo común. Esta configuración alternativa es más simple que la
configuración que típicamente se usa para este fin. Se analiza la sensibilidad de
esta configuración frente a acoplamientos eléctricos y magnéticos que tienden a
aparecer en casos prácticos.
Por último, en este trabajo también se presenta una técnica novedosa que
permite mitigar los problemas de acoplo magnético que los chokes de modo común
provocan en filtros compactos. Se analiza el efecto que tienen bandas conductoras
colocadas cerca de un choke de modo común en la atenuación de modo común
y modo diferencial proporcionada por un filtro EMI donde se monta el choke de
modo común. Se diseña un apantallamiento cuya estructura particular permite
reducir de forma significativa los acoplamientos electromagnéticos entre el choke de
modo común y los condensadores cercanos sin perjudicar el rendimiento del choke
de modo común en otras regiones de frecuencia. Las características principales
de este apantallamiento son que es fácilmente aplicable y que no da lugar a un
aumento del peso, volumen o coste del filtro. | es |
dc.description.abstract | In modern power electronics systems, high switching frequencies are employed
to increase power density. This trend leads to a worsening of the problems of
electromagnetic interference (EMI), which makes it difficult to comply with the
regulations that limit the electromagnetic emissions of these equipment. In this
context, proper design and characterization of the EMI filter over a wide range
of frequencies can greatly help to keep noise emissions under control while at the
same time preventing designed over-specification. This is especially important
in applications where strict requirements of size and weight are combined with
stringent electromagnetic compatibility (EMC) regulations, as for example in
aeronautical applications.
The work presented in this Memory is focused on improving the characterization
techniques of common mode chokes, which are key components of EMI filters.
We propose a lumped circuit of the common mode choke where not only the
low frequency components are included, but also the parasitics that alter the
performance of these components at high frequencies. A modal analysis of the
common mode choke is performed based upon the proposed circuit model. We
obtain analytical expressions of the frequencies of resonance and the transmission
coefficients for the different connection configurations, and a connection that allows
to analyze simultaneously the response of the common mode choke to the common
mode and differential mode currents is identified. We develop a technique, based on
the use of advanced search algorithms, to find the parameters of the high-frequency
circuit model of the common mode choke that fit best the actual performance
in the different experimental setups. The key of the proposed method is the
availability of the analytical expressions, which means a significant decrease of the
computational cost associated with these search algorithms. Different commercial
common mode chokes haven been measured and the response predicted by the
high-frequency circuit model has been compared with the measured responses. The
main advantage that this measurement technique offers compared to techniques
previously proposed in the literature is that it allows the characterization of a
common mode choke from a single measurement that also does not require auxiliary circuits (such as balunes).
The analysis performed for the characterization of common mode chokes has
also allowed us to design an alternative technique to measure the differential mode
response provided by a common mode choke. This alternative configuration is
simpler than the configuration that is typically used for this purpose. The sensitivity
of this configuration is analyzed against electrical and magnetic couplings that
tend to appear in practical cases.
Finally, this work also presents a novel technique that mitigates the magnetic
coupling problems that common mode chokes cause in compact filters. We analyze
the effect of conductive bands placed near a common mode choke have on the
common mode and differential mode attenuation provided by an EMI filter, where
the common mode choke is mounted. We design a shield whose particular structure
makes it possible to significantly reduce the electromagnetic couplings between the
common mode choke and the nearby capacitors without impairing the common
mode choke behavior in other frequency regions. The main features of this shielding
technique are that can be used on-site, and do not increase the weight, volume or
cost of the EMI filter. | es |
dc.format | application/pdf | es |
dc.format.extent | 191 | es |
dc.language.iso | spa | es |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.title | Caracterización a Altas Frecuencias de Chokes de Modo Común para Filtros EMI en Aplicaciones Aeroespaciales | es |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | es |
dcterms.identifier | https://ror.org/03yxnpp24 | |
dc.type.version | info:eu-repo/semantics/publishedVersion | es |
dc.rights.accessRights | info:eu-repo/semantics/openAccess | es |
dc.contributor.affiliation | Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Electrónica | es |
dc.publication.endPage | 171 | es |