Software de modelado de filtros EMI mediante algoritmos de búsqueda avanzada

Abstract

En este trabajo se muestra el desarrollo de una interfaz gráfica de usuario (GUI) para modelar el comportamiento de filtros EMI en un amplio rango de frecuencias. Se parte de un modelo de circuitos de parámetros localizados del filtro EMI validado en el rango de frecuencias en el que la mayor parte de las normas de compatibilidad electromagnética exigen la medida de emisiones conducidas de los equipos. Este modelo incorpora efectos parásitos como las inducciones parásitas de condensadores, las capacidades parásitas de los elementos inductivos y el acoplo magnético entre componentes, que se ha demostrado que determinan en gran medida la respuesta real del filtro a frecuencias altas. El software desarrollado permite comparar las medidas de atenuación del filtro en modo común y en modo diferencial con la respuesta predicha por el modelo, y utilizar un algoritmo de búsqueda avanzada (Particle Swarm Optimization) para hallar los parámetros del modelo del filtro. Para comprobar el correcto funcionamiento de la herramienta software desarrollada se han utilizado medidas experimentales de diferentes filtros. El desarrollo de esta herramienta se enmarca en el contexto más amplio de un esfuerzo por desarrollar una herramienta software útil para el diseño y optimización de filtros EMI. La idea es unificar las herramientas de modelado y diseño desarrolladas por el grupo de investigación en un único software, que permita generar un modelo preciso del filtro en un rango amplio de frecuencias e investigar el efecto en cada rango de frecuencias de los diferentes efectos parásitos que afectan al rendimiento del filtro. Este es un paso previo fundamental para el desarrollo de técnicas avanzadas de mitigación de efectos parásitos que permitan incrementar el rendimiento del filtro sin aumentar su peso y volumen ni incrementar su coste.

This work focus on the development of a graphical user interface (GUI) to model the behavior of EMI filters in a wide frequency range. It makes use of a circuit model of the EMI filter, validated in the frequency range in which most of the electromagnetic compatibility standards require the measurement of conducted emissions from the equipment. This model incorporates parasitic effects such as parasitic inductances of capacitors, capacitances of inductive elements, and magnetic coupling between components, which have been shown to largely determine the actual filter response at high frequencies. The software developed allows to compare the measured attenuation of the filter (both in common mode and in differential mode) with the response predicted by the model, and to use an advanced search algorithm (Particle Swarm Optimization) to find the parameters of the filter model. To check the correct operation of the developed software tool, experimental measurements of different filters have been used. The development of this tool is framed in the broader context of an effort to develop a useful software tool for the design and optimization of EMI filters. The idea is to unify the modeling and design tools developed by the research group in a single software, which allows generating an accurate filter model in a wide range of frequencies and investigating the effect in each frequency range of the different parasitic effects that affect filter performance. This is a fundamental previous step for the development of advanced techniques for mitigation of parasitic effects that allow increasing the performance of the filter without increasing its weight, volume and cost.