Aktiivisten EMI-suodattimien topologiavertailu

Abstract

Sähkömagneettinen yhteensopivuus on nykyisen sähkölaitteiden valtavan määrän vuoksi tärkeä suunnittelunäkökohta, kun pyritään varmistamaan kaikkien laitteiden häiriötön toiminta. Sähköisten piirien toisiinsa aiheuttamat sähkömagneettiset häiriöt voivat johtaa toimintahäiriöihin, joilla voi olla vakavia seurauksia. Aktiivinen EMI-suodatin on laite joka vaimentaa johtuvia sähkömagneettisia häiriöitä piirien tai piirin osien välillä mittaamalla ja kompensoimalla häiriötä reaaliajassa. Työn aluksi käydään läpi sähkömagneettisten häiriöiden ja niiden kytkeytymistapojen taustaa. Tämän jälkeen esitellään passiivisten ja aktiivisten EMI-suodattimien toimintaa ja perusperiaatteita. Tutkimuksessa keskitytään pääasiassa vertailemaan aktiivisten EMI-suodattimien neljän perustopologian vaimennusominaisuuksia tietokonemallinnuksen ja kirjallisuustutkimuksen perusteella. Työn tuloksina nähtiin selkeästi että virtaa kompensoivat topologiat soveltuivat paremmin yhteismuotoisen häiriön suodatukseen ja jännitettä kompensoivat puolestaan eromuotoisten häiriöiden. Lisäksi häiriölähteen ja kuorman impedanssien ja niiden suhteen havaittiin vaikuttavan kaikkien neljän suodatinmallin vaimennuksiin eri tavalla, joten nämä impedanssit tulee ottaa huomioon suodatintopologiaa valittaessa. Suodattimien toiminnan ja edellä mainittujen impedanssien vaikutuksen varmistaminen vaatisi kuitenkin jatkokehitystä ja erityisesti kokeellista tutkimusta prototyypeillä.

Due to the vast amount of electrical devices nowadays, electromagnetic compatibility is an important design aspect when striving to ensure the trouble-free operation of all these devices. Electromagnetic interference caused to each other by electrical circuits can lead to malfunctions with serious consequences. An active EMI filter is a device that attenuates conducted EMI between circuits or parts of a circuit by sensing and compensating the interference in real time. At first electromagnetic interference and coupling mechanisms of EMI are reviewed. After this the functioning and basic principles of passive and active EMI filters are introduced. This research focuses mainly on comparing the four basic topologies of active EMI filters by means of computer modeling and literary research. The results of the research clearly show that current compensating topologies are more suitable for attenuating common mode interference and voltage compensating topologies work better for differential mode interference. Additionally the impedances of the noise source and the load were observed to affect the insertion loss of each of the four filter models differently, which means these impedances should be taken into consideration when choosing a filter topology. The verification of the functioning of these filters and the effects of the impedances mentioned above would require further research and especially experimenting with prototypes.