Menetelmä EMI-suodattimen suunnittelun automatisointiin
Perttilä, Jani (2022)
Diplomityö
2022
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022111866192
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022111866192
Tiivistelmä
EMI tarkoittaa sähkömagneettista häiriötä, joka voi aiheuttaa sähkölaitteiden toimimattomuutta. Sille on asetettu rajoituksia erilaisissa standardeissa, jotka laitevalmistajien pitää täyttää. Laitteiden tuottamaa ja laitteeseen tulevaa EMI:ä voidaan suodattaa EMI-suodattimella, joka on elektroniikan komponenteista muodostuva kokonaisuus.
EMI-suodattimien mitoitus on monivaiheinen ja usein iteratiivinen prosessi. Suodatin voidaan jakaa CM- ja DM-osuuksiin ja ne mitoitetaan erikseen vaadittavan vaimennuksen ja asetettujen rajoituksien mukaan. Mitoituksessa on huomioitava EMI-suodattimen tilavuus, jotta se mahtuu sille osoitettuun paikkaan. EMI-suodattimen kokonaistilavuutta voidaan arvioida tarkastelemalla sen reaktiivisten komponenttien tilavuutta eri kertaluvuilla. Useamman kertaluvun suodattimissa on enemmän komponentteja verrattuna ensimmäisen kertaluvun suodattimeen, mutta komponentit ovat pienempiä sähköisiltä arvoiltaan ja tilavuudeltaan. Työn tavoitteena on muodostaa EMI-suodattimen suunnittelumetodi, jolla voidaan automatisoida suodattimen komponenttien mitoitusta ja optimointia tilavuuden suhteen.
Työssä muodostetaan tavoitteen mukainen metodi, joka hyödyntää simulointia suodattimen mitoituksessa ja todentamisessa. Metodin perusteella kirjoitetaan Java-ohjelma, jolla voidaan todentaa metodin toiminta ja mitoittaa EMI-suodatin esimerkkikonvertterille. Metodia voidaan hyödyntää sellaisenaan tai siitä voidaan jatkokehittää edistyksellisempi mitoitustyökalu EMI-suodattimen suunnitteluun. EMI stands for electromagnetic interference that can cause a malfunction in electronic devices. Various standards limit the EMI for devices that manufacturers must meet. The EMI produced by the devices can be reduced with an EMI filter.
The design of the EMI filter is a multi-step and often iterative process. The filter can be divided into CM and DM sections, and they are designed separately. The volume of the filter must be taken into account so that it can fit in the place assigned to it. The total volume of the filter can be calculated by estimating the volume of reactive components. Multistage EMI filters have more components compared to first-order filters, but the components are smaller in terms of their electrical values and volume. The goal of this master’s thesis is to create an EMI filter design method that can be used to automate design workflow and optimization.
In this thesis, a method is formed, which utilizes simulation for the design of the filter. Based on the method, a Java program is written that can be used to verify the operation of the method and it is also used to design an EMI filter for Buck converter. The method can be used as it is or it can be further developed into a more advanced design tool for EMI filters.
EMI-suodattimien mitoitus on monivaiheinen ja usein iteratiivinen prosessi. Suodatin voidaan jakaa CM- ja DM-osuuksiin ja ne mitoitetaan erikseen vaadittavan vaimennuksen ja asetettujen rajoituksien mukaan. Mitoituksessa on huomioitava EMI-suodattimen tilavuus, jotta se mahtuu sille osoitettuun paikkaan. EMI-suodattimen kokonaistilavuutta voidaan arvioida tarkastelemalla sen reaktiivisten komponenttien tilavuutta eri kertaluvuilla. Useamman kertaluvun suodattimissa on enemmän komponentteja verrattuna ensimmäisen kertaluvun suodattimeen, mutta komponentit ovat pienempiä sähköisiltä arvoiltaan ja tilavuudeltaan. Työn tavoitteena on muodostaa EMI-suodattimen suunnittelumetodi, jolla voidaan automatisoida suodattimen komponenttien mitoitusta ja optimointia tilavuuden suhteen.
Työssä muodostetaan tavoitteen mukainen metodi, joka hyödyntää simulointia suodattimen mitoituksessa ja todentamisessa. Metodin perusteella kirjoitetaan Java-ohjelma, jolla voidaan todentaa metodin toiminta ja mitoittaa EMI-suodatin esimerkkikonvertterille. Metodia voidaan hyödyntää sellaisenaan tai siitä voidaan jatkokehittää edistyksellisempi mitoitustyökalu EMI-suodattimen suunnitteluun.
The design of the EMI filter is a multi-step and often iterative process. The filter can be divided into CM and DM sections, and they are designed separately. The volume of the filter must be taken into account so that it can fit in the place assigned to it. The total volume of the filter can be calculated by estimating the volume of reactive components. Multistage EMI filters have more components compared to first-order filters, but the components are smaller in terms of their electrical values and volume. The goal of this master’s thesis is to create an EMI filter design method that can be used to automate design workflow and optimization.
In this thesis, a method is formed, which utilizes simulation for the design of the filter. Based on the method, a Java program is written that can be used to verify the operation of the method and it is also used to design an EMI filter for Buck converter. The method can be used as it is or it can be further developed into a more advanced design tool for EMI filters.