Caracterización de componentes y mitigación de efectos parásitos para filtros EMI compactos

Abstract

Los convertidores de potencia basados en la conmutación a alta frecuencia de interruptores de estado sólido tienen un amplio campo de aplicación hoy en día. Uno de los aspectos más delicados de diseño de estos equipos son la limitación de las emisiones radiadas y conducidas, que cuyos límites están típicamente estandarizados en diferentes normativas, según el campo de aplicación del convertidor. Debido a la tendencia actual de usar interruptores cada vez más rápidos, y el uso de frecuencias de conmutación cada vez mayores, el contenido de las emisiones a alta frecuencia (>5MHz) teinde a ser cada vez mayor. La idea principal de esta tesis es que las emisiones conducidas y radiadas de alta frecuencia en convertidores de potencia pueden mitigarse (sin incrementos significativos en el peso y volumen del convertidor) mediante la comprensión de parásitos que reducen la efectividad de los filtros EMI en el rango de frecuencias altas. Basándonos en esta idea, en esta tesis presentamos diferentes estrategias de caracterización y de layout de componentes de filtrado que optimizan la atenuación del filtro a altas frecuencias. En [1] nos centramos en el efecto negativo que tienen los acoplos mutuos entre condensadores de película puestos eléctricamente en paralelo, y colocados muy cerca entre ellos (p.e. en filtros compactos). Se propone una layout que usa favorablemente los acoplos entre condensadores. En [2] se propone un método sencillo de caracterización de la respuesta diferencial de chokes de modo común. El método propuesto no requiere el uso de circuitería auxiliar, y permite modelar los efectos capacitivos que dominan la respuesta de dichos chokes a alta frecuencia. En [3] estudiamos los acoplos magnéticos entre el choke de modo común y los condensadores de película en filtros EMI. Se proponen diferentes técnicas de apantallamiento entre dichos componentes con impacto muy pequeño en el tamaño y peso del filtro. Finalmente, en [4] se proponen diferentes configuraciones de un filtro LC de salida para un convertidor DC/DC aislado. Ciertas configuraciones propuestas mejoran las emisiones conducidas a alta frecuencia a la salida del convertidor, tanto en modo común como en modo diferencial.