INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN VOL. 30 No. 2, AUGUST 2010 (168-177)

168

En español

Técnicas de filtrado de IEM en convertidores electrónicos de

potencia Fredy Edimer Hoyos Velasco1, Camilo Younes Velosa2 y

Eduardo Antonio Cano Plata3

RESUMEN

En este artículo se presentan los resultados de la aplicación de algunas técnicas de reducción de EMI en convertidores electrónicos de potencia. Las técnicas aplicadas incluyen el apantallamiento de señales de control y de potencia, la se-paración de las referencias del sistema de potencia de las se-ñales y medidas, la implementación de filtros análogos y la configuración de un adecuado sistema de disparo, de tal for-ma que se disminuyan al máximo las emisiones tipo IEM. En este artículo se presentan los resultados obtenidos antes y después de aplicar las técnicas de reducción de interferen-cias. Además los resultados son verificados usando dos téc-nicas de control en tiempo real RCP (Rapid Control Prototy-ping).

Palabras clave: EMI reduction, DSP, power electronic converters, shielding, rapid control prototyping (RCP). Recibido: junio 24 de 2009 Aceptado: junio 11 de 2010

Introducción

Las interferencias electromagnéticas (IEM) han ganado importan-cia debido al constante incremento de cargas electrónicas, y la si-tuación se ha visto agravada al crecer la densidad de integración de los circuitos (Josep Balcells et al., 1992).

Usando las ventajas de la electrónica digital y de potencia más tra-bajos y procesos pueden ahora ser hechos con mayor eficiencia, seguridad y bajo costo. Estudios recientes (Huibin Zhu y Lai, J. S., 1999; Chingchi, Chen, 2003; Paul, C. R. y Hardin, K. B., 1998; Ran, L. y Gokani, S., 1998) han demostrado que los altos dv/dt y di/dt son los responsables de la mayoría de emisiones conducidas. Los convertidores electrónicos trabajan en régimen transitorio, conmutando tensiones y corrientes entre diversas ramas del circuí-to, dando lugar a generación de armónicos, sobretensiones loca-les, picos de corriente, altos dv/dt y di/dt que, como consecuen-cia, generan interferencias IEM que afectan a la propia red de ali-mentación, a los receptores conectados a ella, a los circuitos

1 Ingeniero Electricista. M. Sc., en ingeniería - Línea Automatización Industrial. Estudiante de Doctorado en Ingeniería Línea – Automática, Universidad Nacio-nal de Colombia, Manizales, Colombia. Miembro del Grupo de investigación PCI, Universidad Nacional de Colombia, Manizales, Colombia. fehoyosv@unal.edu.co. 2 Ingeniero Electricista, M. Sc., en Ingeniería Eléctrica, Ph. D., en ingeniería Eléctrica, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. Profesor Asociado, miembro del grupo de investigación GREDyP, Universidad Nacional de Colombia, Manizales. Colombia. cyounesv@unal.edu.co. 3 Ingeniero Electricista. Especialización en Transitorios Electromagnéticos, Universidad Nacional de San Juan. Especialización en Ingeniería Eléctrica, Universidad Nacional de Colombia, Manizales, Colombia. Ph. D., en ingeniería, Universidad de Buenos Aires, Argentina. Profesor Asociado, miembro del grupo de investigación GREDyP, Universidad Nacional de Colombia, Manizales, Colombia. ecano@ieee.org.

In English

EMI filter techniques in power electronic converters

Fredy Edimer Hoyos Velasco4, Camilo Younes Velosa5 and Eduardo Antonio Cano Plata6

ABSTRACT

This paper presents the results of EMI reduction techniques a-pplied to power electronic converters. The techniques applied included shielding control and power signals, separating po-wer system references regarding reference for instrumentation and measurement signals, implementing analog filters and configuring an appropriate switch trigger system for electronic power to decrease shifting EMI emissions to the maximum. This paper presents the results before and after applying the techniques to reduce interference. The results were also very-fied by using two real time control strategies rapid control prototyping (RCP).

Keywords: EMI reduction, DSP, power electronic converters, shielding, rapid control prototyping (RCP). Received: jun 24th 2009 Accepted: jun 11th 2010

Introduction

Electromagnetic interference (EMI) has gained importance due to the constant increase of electronic charges. The situation has been aggravated by circuits’ increased integration density of (Josep Balcells et al., 1992).

More jobs and processes can now be done more efficiently, safer and at lower cost using advances in digital and power electro-nics. Recent studies (Huibin Zhu and J.S. Lai, 1999), (Chingchi Chen, 2003), (Paul C. R and Hardin K. B, 1998), (Ran L and Gokani S, 1998) have shown that high dv/dt and di/dt are respon-sible for most conducted emissions. Electronic converters perform in transient regime, switching voltage currents between different circuit branches, resulting in the generation of harmonics, local surges, power peaks, high dv/dt and di/dt, which in turn generate EMI interference affecting their own supply, the connected recei-vers, the supply circuits

4 Electrical Engineer. M. Sc., in Engineering - Industrial Automation Line. Ph.D. Student, en Automatic Engineer, Universidad Nacional de Colombia, Manizales, Colombia. Member, Grupo de investigación PCI, Universidad Nacional de Colombia, Manizales, Colombia. fehoyosv@unal.edu.co. 5 Electrical Engineer, M. Sc., Electrical Engineering, Ph. D., Electrical Engineering, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. Associate Professor, Member, Grupo de investigación GREDyP, Universidad Nacional de Colombia, Manizales. Colombia. cyounesv@unal.edu.co. 6 Electrical Engineer. Electromagnetic Transient Specialization, Universidad Nacional de San Juan. Specialization Electrical Engineering, Universidad Nacional de Colombia, Manizales, Colombia. Ph. D., in engineering, Universidad de Buenos Aires, Argentina. Associate Professor, Member, Grupo de investigación GREDyP, Universidad Nacional de Colombia, Manizales, Colombia. ecano@ieee.org.

ad

SntoduA

Aqlonedsea1md

EfucReblo

C

Egucyc

F

F

alimentados y a ldiación (Josep Ba

Se pueden genernes han sido sacaos con el fin de

do diferencial hauno de modo coAkagi (2001).

Aplicaciones induque la energía eléos equipos sufrirnos, pérdidas de el 90% de la enede potencia (Angensibles a las IEM

energía producidalumbrado, mot

987; IEEE, 1982mayoría de IEM dea.

En este artículo suentes conmuta

controlado desdeRCP. Se implemellas: filtros análobución de los coos resultados ant

Convertidor

El convertidor engura 1. Está confun filtro LC, y la configuración se y mediante modconstante de hast

igura 1. Convertido

igura 2. Señales PW

En es

os circuitos que alcells et al., 199

rar IEM conducidadas y muchas cminimizar su efe

a sido propuestoomún ha sido p

ustriales y tecnoéctrica sea de burán daños signific información y e

ergía eléctrica se gulo, F., 2004 yM consumen ap

da, y el 99% restatores eléctricos 2). En estos procque afectan a lo

se presentan fenadas, para este ce el computado

mentan algunas togos, manejo de

omponentes a intes y después de

en estudio

n estudio tiene laformado por una carga que alime parte de una teulación de anchta 20 kHz.

or DC-DC y DC-AC

WM y PWMinv contr

spañol

reciben las pertu2).

das y radiadas. Mclases de filtros hecto, por ejempl en (S. J. Kim y

propuesto por S.

ológicas a nivel muena calidad, pucativos en sus co

errores en los dat procesa a travésy 2006). Los sistproximadamenteante es gastado py calefacción

cesos es donde sos equipos y al m

ómenos de IEMcaso un ondulador usando simutécnicas de redue tierras, apanta

nterconectar. Ade aplicar las técni

a configuración a llave que haceenta es resistiva pnsión no regulad

ho de pulsos PW

roladas mediante d

IN

urbaciones por r

Muchas conclusihan sido propueo un filtro de mS. K. Sul, 1997). Ogasawara y H

mundial requiereues de lo contraromponentes intetos. Se estima qus de convertidoremas electrónico

e el 1% de toda principalmente e(Francesc Daur

se produce la gramedio que los r

característicos ddor monofásico link mediante uucción IEM, entallamiento y distemás se muestracas.

mostrada en la e la conmutaciópura (R). Con esda (E) a la entrad

WMC a frecuenc

NGENIERÍA E INVEST

ra-

o-es-o- y H.

en rio er-ue es os la en ra, an o-

de es un tre ri-an

fi-ón, sta da cia

the circal., 199

Conducsions hased for rential mAkagi hAkagi 20

Industriquality ficant dIt is estipower cto EMI, 99% ating systty of EMduring t

This papwer supusing siductionland mato be intechniq

The co

The deshas switve load ce. A rethroughof up to

Figure 1:

Figure 2:

TIGACIÓN VOL. 30

cuits receiving 2).

cted and radiateave been drawn minimising their mode filter (SJ Kave proposed a 001).

al and technologelectrical energyamage to its inteimated that 90%converters (FG A consume aboutre mainly usedtems (Francesc DMI affecting equithese processes.

per presents EMIpplies. For this camulink by rapid techniques weranagement, scre

nterconnected. Tues were applied

onverter be

sign of the convtching, an LC filt (R). It begins wegulated, variab

h modulating PWo 20 kHz.

DC-DC and DC-AC

PWM and PWMinv

No. 2, AUGUST 20

In English

radiation distu

ed EMI might be and many kinds effect. Kim and

Kim and SK Sul, common mode

gical world-widey, otherwise the ernal component% of electrical eAngulo 2004). Et 1% of all prodd in lighting, eDaura, 1987), (IEipment and thei

I phenomena chase a single-phasd control prototyre implemented,eening and distrThe results are shd.

ing studied

verter being studter and feeding lith non-regulatele frequency an

WMC width puls

C converter

v signals controlled

HOYOS, VE

010 (168-177)

rbance (Josep

e generated. Mas of filters have b Sul have propos 1997) and Oga filter (S. Ogasaw

e applications reequipment will ts, data loss and nergy is process

Electronic systemuced energy andelectric motors EEE, 1982). The vr surroundings i

aracteristic of swse ondulator wasyping (RCP). Som among them anibution of the c

hown before and

ied is shown in load which is a pd voltage (E) at d width exit wases at a constant

by d

ELOSA, CANO

169

Balcells et

any conclu-been propo-sed a differ-sawara and wara and H

equire high-suffer signi-data errors. sed through

ms, sensitive d the other and hea-vast majori-s produced

witching po-s controlled me EMI re-nalog filters, components d after these

Figure 1. It pure resisti-the entran-

as achieved t frequency

T

t

cdvts

dc2

Scgtfe

evsvdV

M

TÉCNICAS DE FILTR

ING170

La llave estará utrol, como muePWMC y PWMCcontrolar el tiemda al filtro. La fvertidor, de él setécnica de contrsión en el capacles, junto a la sdentro de una pcontrol y desar2005), (DS1104(DS1104 RTLib

Figura 3. Circuito e

Si la señal de rcomportará comgura 2 se observtiempo estará cfracción del perel nombre de cuna señal de conestructura variabvez que cambia sistema a través ven +E o -E a ldisminuir la difeVref.

Modelado d

El modelo lineal

iυ⎡⎢⎣

&

&

Donde las varia(Vc) y la corrient

La variable de comejor manejo d(2).

Donde:

1aRC

= −

Este sistema se p

RADO DE IEM EN CO

GENIERÍA E INVESTI

En e

ubicada en 1 ó 2stra la figura 2,

Cinv. Estas señalempo en que cada

igura 3 registra e toman las señarol, ellas son: la ccitor (Vc) y la coeñal de referencplataforma adecrollo (dspace, 2 Features, 2005Reference, 2005

léctrico en estudio

referencia es demo uno DC-AC, svan las señales deconectada la alimiodo T en que laiclo de trabajo (ntrol que permitble, ya que conm la señal de cont de pulsos de cola entrada para erencia entre la

del sistema

en variables de

1 1

1C

L L

RC Ci r

L L

υ⎡−⎢⎤

= ⎢⎥⎦ ⎢ − −⎢⎣

&

&

ables de estado te en la inductan

ontrol (u) toma ve las ecuaciones

C

L

a hi m pυ⎡ ⎤ ⎡⎡ ⎤

=⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥⎣ ⎦⎣ ⎦ ⎣

&

&

1, ,h mC C

= = −

puede representa

ONVERTIDORES ELE

IGACIÓN VOL. 30 N

español

2 dependiendo d donde se apreces de control sona una de las fuenun esquema sim

ales necesarias pacorriente en el inrriente en la carcia Vref, se proc

cuada, en este c2009), (DS1104 5), (DS1104 RTI 5).

e tipo sinusoidalsi es continua sere control, las cuamentación +E oa fuente +E está(d). La presenciate modelar el sistmuta de una toptrol. Luego se puontrol en alta frealimentar al contensión real Vc

estado del sistem

0C

LL

C uEirLL

υ⎤ ⎡ ⎤⎥ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥+⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎥ ⎣ ⎦⎥⎦

son la tensión encia (iL).

valores discretos s el sistema se re

0(C

L

uEiL

υ ⎡ ⎤⎡ ⎤ ⎢ ⎥+⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦

1 , LrpL L

= −

ar como x Ax= +&

ECTRÓNICOS DE P

No. 2, AUGUST 201

de la señal de cocian las salidas: n las encargadas ntes estará conecmplificado del coara efectuar algunductor (iL), la terga (iR). Estas señcesan digitalmen

caso una tarjeta Controller Boa Reference, 200

el convertidor rá DC-DC. En laales indican cuáno –E al filtro. A á conectada recia del PWM genetema como uno pología a otra cauede realimentarecuencia, que acnvertidor, logran y la de referen

ma es el siguiente

(1)

en el condensad

+1 y -1 y para epresenta como

2)

Bu+ .

POTENCIA / EMI FIL

10 (168-177)

on- d, de cta-on-una en-ña-nte de

ard, 05),

se a fi-nto la ibe era de ada r el cti-do cia

e:

dor

un en

The swnal as scan belling thfilter. Fsignals the conthe capalong wan appcard (dfeatureference

Figure 3

If thconverthe control signbe conpply +ce of Pof the ssignal ctem copulses which Vref re

Syste

The mo

Wherestate va

The cotem is r

Where

This sys

LTER TECHNIQUES I

witching was locashown in Figuree seen. These coe time that each

Figure 3 shows a needed to implnverter. Among tpacitor (Vc) andwith the Vref re

propriate platformdspace, 2009), (es, 2005), (DS110e, 2005).

: The electric circuit

he reference ter would behavnverter would bnals which indica

nnected to the fiE was connected

PWM generated system as a variachanged it switcould then be reto activate + E would decrease ference voltage.

em modeling

odel in system st

C

Liυ

⎡−⎢⎡ ⎤= ⎢⎢ ⎥

⎣ ⎦ ⎢⎢⎣

&

&

capacitor voltaariables.

ontrol variable (urepresented as in

C

Liυ⎡ ⎤

=⎢ ⎥⎣ ⎦

&

&

:

1 ,a hRC

= − =

stem can be rep

IN POWER ELECTRO

In English

ated in 1 or 2 de 2 where outpuontrol signals wh of the sources a simplified diaglement control tthem, were indu

d the current in eference signal, m, in this case a(DS1104 contro04 RTI reference

being studied

signal wave as DC-AC, buehave as DC-DCated the time thilter. The periodd was called thea control signal wable structure behed from one toeplenished throu o -E at the entr the difference b

g

tate variables as f

1 1

1C

LL

RC Cir

L L

υ⎤− ⎥ ⎡ ⎤⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎥− − ⎥⎦

age (Vc) and ind

u) took discrete n (2) for better o

C

L

a him pυ ⎡⎡ ⎤⎡ ⎤ ⎢= +⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣

1 1, ,m pC L

= − =

resented as x A=&

ONIC CONVERTERS

epending on thets d, PWMC and

were responsible would be connegram of the contechniques wereuctor current (iL) the load (iR). Thwere digitally pa control and dller board, 2005e, 2005), (DS110

as sinusoidal, ut if it were contiC. Figure (2) shoat the +E o -E su

d of time T in w work cycle (d). which allowed thecause each timeopology to anothugh high frequerance to feed thbetween real Vc

follows:

0(1)uE

L

⎡ ⎤⎤ ⎢ ⎥+⎢ ⎥⎦ ⎣ ⎦

ductor current (i

values +1 and peration of the e

0(2)uE

L

⎡ ⎤⎥⎥

⎣ ⎦

LrL

−

Ax Bu+ .

S

e control sig-d PWMCinv for contro-ected to the nverter. The e taken from ), voltage on hese signals, processed in development 5), (DS1104 04 RTLib re-

then the inuous, then

ows the con-upply would hich the su- The presen-he modeling e the control her. The sys-ency control e converter, voltage and

L) were the

-1. The sys-equations.

HOYOS, VELOSA, CANO

INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN VOL. 30 No. 2, AUGUST 2010 (168-177) 171

En español

Se puede notar que para controlar este sistema es necesario tener conocimiento real de algunas variables de estado de él, que pue-den ser: la tensión en el condensador (Vc), la corriente en el in-ductor (iL) o la corriente en la carga (iR) en el caso de conectar cargas complejas. Pero es necesario tener en cuenta que estas se-ñales no deben estar contaminadas con IEM, ya sea del mismo e-quipo o de su vecindad.

En la figura 4 se muestra el puente inversor que maneja la parte de potencia del circuito, es importante anotar que para poder contro-lar el interruptor desde la tarjeta DSP es necesario tener una tierra flotante con el objetivo de poder controlarlo.

Figura 4. Puente inversor implementado

Técnicas de reducción IEM aplicadas al convertidor en estudio

En esta sección se va a describir la correcta conexión de dispositi-vos y acondicionamiento de señales, las cuales entran o salen de la tarjeta de control, con el objetivo de minimizar al máximo las IEM. Es importante comentar que estas notas se pueden aplicar a cual-quier otro dispositivo digital inteligente tales como FPGA, micro-controladores, microprocesadores, DSP, tarjetas de control y desa-rrollo, tarjetas de adquisición y control, entre otros. Hay cuatro clases de señales que muchas veces son llamadas señales de tierra: señales de retorno, señales de potencia, apantallado y sistema de puesta a tierra (DS1104 Controller Board, 2005), (DS1104 Featu-res, 2005), (DS1104 RTI Reference, 2005), (DS1104 RTLib Refe-rence, 2005).

Para mejorar los resultados con respecto a la calidad de la señal re-chazo de ruido y al comportamiento electromagnético, esas dife-rentes señales de tierra no deben ser mezcladas. La línea de señal de retorno, que corresponde a la referencia de la señal que se quiere llevar, conduce la misma corriente de la señal y por lo ge-neral es de bajo valor. La tierra de la señal de potencia es el cami-no de retorno de la fuente de potencia eléctrica, ésta lleva gran cantidad de energía que por lo general es de forma alterna. El apantallamiento es una barrera para proteger las señales que estén dentro de ella, por lo general se conecta a un potencial del equipo y no es necesario que se conecte a la tierra del sistema; y por últi-mo, la tierra de protección se refiere al sistema de puesta a tierra diseñado para la protección de los equipos y de los usuarios. La correcta conexión de las señales externas (Vc, iL, iR) provenientes del sistema real se realizó con base en la figura 5, en ella se resalta que cada señal debe ser llevada desde el mundo exterior a la tarje-ta a través de un cable par trenzado apantallado y que esta panta-lla debe estar puesta a tierra a través de la tarjeta. Además es nece-sario evitar conectar el apantallamiento con los pines GND de la tarjeta.

In English

Real knowledge about state variables, such as condenser voltage (Vc), inductor current (iL) or load current (iR) was needed to con-trol this system in case complex loads were to be connec-ted. However, these signals should not have been contaminated with EMI from the same or any other nearby equipment.

Figure 4 shows the inverter bridge operating the power circuit. It is worth noting that a floating ground was needed if the aim was to control the switch using a DSP card.

Figure 4: Implemented inverter bridge

EMI reduction techniques applied to the converter being studied

This section describes proper device connection and signal condi-tioning coming in or going out of the control card to minimise EMI to the maximum. It is important to note that this can be applied to any other smart digital devices such as FPGA, microcontrollers, mi-croprocessors, DSPs, control and development cards, and acquisi-tion and control cards. Return, power, shield and grounds signals are very often called ground signals (DS1104 controller board, 2005), (DS1104 features, 2005), (DS1104 RTI reference, 2005), (DS1104 RTLib reference, 2005).

The different ground signals had not to be combined if the aim were to improve the results regarding signal quality, noise rejection and electromagnetic behavior. The return signal line correspond-ding to the reference signal to be lead had the same signal current and was usually of low value. The ground for the power signal was the way back for the electric power supply, and had a great a-mount of energy, usually alternating energy. The shielding was a barrier to protect the signals therein. It was usually connected to the power equipment and it was not necessary to be connected to the ground for the system. The ground protection was the ground system designed to protect the equipment and the users. The co-rrect connection of external signals (Vc, iL, iR) coming from the real system was accomplished based on Figure 5. Each signal had to be brought from the outside to the card using a shielded twisted pair cable with the shield grounded through the card. It was nece-ssary to avoid connecting the shielding to the card’s GND pins.

TÉCNICAS DE FILTRADO DE IEM EN CONVERTIDORES ELECTRÓNICOS DE POTENCIA / EMI FILTER TECHNIQUES IN POWER ELECTRONIC CONVERTERS

INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN VOL. 30 No. 2, AUGUST 2010 (168-177) 172

En español

Figura 5. Apantallado de señales (cortesía de DS1104 Controller Board, 2005).

Se recomienda usar una línea de retorno para cada señal y llevarla a la tarjeta con cable par trenzado apantallado, pues éste protege la señal contra IEM, tiene baja inductancia y cancela los campos electromagnéticos parásitos.

Para realizar un apantallamiento completo del sistema donde se protejan todas las señales y dispositivos hubo la necesidad de en-cerrar el sistema a una jaula de Faraday, la cual presenta baja resis-tencia y especialmente baja inductancia.

Se han implementado varios tipos de filtros análogos usando am-plificadores operacionales y elementos pasivos como resistencia y capacitancias.

En las figuras 6 y 7 se muestran los montajes ejecutados con los o-peracionales a éstos, además se les agregaron los circuitos necesa-rios para la protección contra sobretensiones y sobrecorrientes u-sando diodos zener de 9 voltios y un fusible de 0,5 amperios.

Figura 6. Sensado, protección y filtrado de tensión a la salida

Figura 7. Sensado, protección y filtrado de corriente a la salida

Resultados

En esta sección se presentan los resultados obtenidos antes y después de aplicar las técnicas mencionadas.

In English

Figure 5: Signal shielding (courtesy of [DS1104 controller board, 2005])

It is recommended that a return line be used for each signal and brought to the card using a shielded twisted pair cable as this pro-tects the signal against EMI, has low inductance and also cancels electromagnetic parasite fields.

To perform a comprehensive shielding of the system where all sig-nals and devices are protected, it was necessary to enclose the sys-tem in a Faraday cage, as it has low resistance and particularly low inductance.

Several types of analog filters were implemented using operational amplifiers and passive elements, such as resistance and capacitan-ce.

Figures (6) and (7) show the assembly implemented using the ope-rational amplifiers. Circuits needed for protection against surges in the voltage and the current were added using 9-volt zener diodes and a 0.5 Amp fuse.

Figure 6: Sensing, protection and output voltage filtering

Figure 7: Sensing, protection and output current filtering

Results

This section presents the results obtained before and after applying the techniques mentioned above.

Edtam

F

Ecatedpd

F

Evñlaadecdmsdcr

En la figura 8 se de potencia y la sada por las inte

mutación de los t

igura 8. Señal de co

En la gráfica 9 secorriente en el inaltos dv/dt se preen a estas variab

del sistema en tiepoder aplicar la adrá un buen rend

igura 9. Señales Vc

En la gráfica 10 svoltios conmutanñal de ruido radias llaves de cona medida que sede los interruptoera el que interfecircuito. Por lo tade los controladomejoramiento enuperior se mues

de tensión en lacorriente en la ceducido casi en

En es

detallan la señalseñal de corrientrferencias electrtransistores.

orriente (iL) afectada

e registran las señnductor (iL). Se esentan fenómenbles. Si el controempo real sería acción de controdimiento de la té

c e iL afectadas por

se exhibe una sendo a 5 kHz la cada, detectada cmutación. Se co

e aleja de la fueres, el ruido rad

ería en las señaleanto, la señal raores a implemen cuanto a la rstra la señal PWMa carga (Vc), la carga (iR); en tod su totalidad el ru

spañol

l de control PWte (iL), que en esromagnéticas pro

a por las IEM

ñales de tensión puede apreciar

nos de IEM, los ol a ejecutar necnecesario filtrar ol, pues de lo coécnica usada.

las IEM

eñal PWM de pocorriente en el incon una sonda uomprobó experimnte de interferen

diado disminuye,s sensadas y en gdiada afecta el ntar.En la gráficreducción del ruM de potencia, lucorriente en el das ellas se pueuido debido a la

IN

WM, la señal PWste caso es la afeoducto de la co

en la carga (Vc) que debido a locuales se transm

cesita esos estado estas señales paontrario no se te

otencia de +/-13nductor iL y la subicada a 1 cm dmentalmente quncia, en este cas, y que este ruidgeneral en todo buen rendimiena 11 se reseña uido; en la paruego está la salid inductor (iL) y ede ver que se h conmutación.

NGENIERÍA E INVEST

M ec-n-

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30 e-de e, so do el to el

rte da la

ha

Figure 8and theby the ethe tran

Figure 8:

Figure 9tor currwhich implemshould efficient

Figure 9:

Figure 15kHz, tsignal (dwas foufrom thsed, ansignals athus aff11 shownoise supower rrent inthem ha

TIGACIÓN VOL. 30

8 shows the PWe current signal (electromagnetic

nsistors.

Current signal (iL) a

9 shows the voltrent (iL). EMI phwere transmitteented required tbe filtered, othet performance.

Signals Vc and iL a

10 shows a + / the current in thdetected with a und, experimentae interference sd that this noiseand in general wfected the propews the improvemuppression technPWM signal, the the inductor (Iad almost compl

No. 2, AUGUST 20

In English

WM control signiL), which in this interference pro

affected by EMI

tage signals on thhenomena were ed to the variabthese system staterwise the techn

affected by EMI

-130 volt PWMhe inductor iL aprobe located 1ally, that as the rource, in this cae was the one iwith the entire

er performance oment in noise reniques describede voltage outputL) and the curreete noise reduct

HOYOS, VE

010 (168-177)

nal, the power Ps case was the ooduced by the s

he load (Vc) and present due tobles. If the contes in real time tnique would no

M power signal sand also the rad1 cm from the swradiated noise mase the switchesnterfering with circuit. The rad

of the control caeduction after ad above. The topt on the load (Vent on the load tion due to the sw

ELOSA, CANO

173

PWM signal one affected switching of

d the induc- high dv/dt

ntrol to be then signals

ot have had

switching to diated noise witching). It

moved away , it decree-the sensing iated signal ards. Figure pplying the

p shows the Vc), the cu- (iR). All of witching.

T

dd

d2cf

TÉCNICAS DE FILTR

ING174

Figura 10. Señal EM

Figura 11. Señales V

En las gráficas 1nivel de IEM radde periodo 6 y lde anotar que eposible ejecutar po real.

Figura 12. Señales V

En la figura 14 (de una técnica 2003; Angulo, Fconjunto con la fijo— (Angulo, F

RADO DE IEM EN CO

GENIERÍA E INVESTI

En e

MI radiada medida

Vc, iL e iR sin IEM p

2 y 13 se muestdiado. La figura a segunda para cestas señales está mejor la acción

Vc, iL e iR sin IEM p

(tomada de (Hoyde control ZAD F. et al., 2008; técnica de contrF. et al., 2007; O

ONVERTIDORES ELE

IGACIÓN VOL. 30 N

español

con una sonda

para estado estable

tran estas misma 12 despliega ucuando entran eán libres de IEM de cualquier co

para señales periódi

yos, F. E, 2008), —Zero Average Taborda, J. et arol FPIC —contr

Olivar, G. et al., 2

ECTRÓNICOS DE P

No. 2, AUGUST 201

as señales con bana señal periód

en zona de caos.M y con ellas ya ontrolador en tie

icas

, se indica el rene Dynamics— (Aal., 2007), trabarol por inducción2005)

POTENCIA / EMI FIL

10 (168-177)

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ndimiento Angulo, F., ajando en n al punto

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LTER TECHNIQUES I

0: Radiated EMI sig

1: Signals Vc, iL an

s 12 and 13 showMI. Figure 12 show

13 shows the siered that these so implement a be

2: Vc, iL and iR sign

14, taken from zero average dy (Angulo F, et alunction with thl technique (Ang

IN POWER ELECTRO

In Engl

gnal measured with

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w the same signws signals that arignals entering thsignals were freeetter real time co

nals without EMI for

(Hoyos F.E, 200ynamics (ZAD) cl., 2008), (Taborhe control of fixgulo F, et al., 200

ONIC CONVERTERS

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r periodic signals

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07; ) (Olivar G, e

S

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F

F

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F

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ara señales periódic

IN

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NGENIERÍA E INVEST

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TIGACIÓN VOL. 30

3: Vc, iL and iR signa

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5: Vc, iL and iR signa

No. 2, AUGUST 20

In Engli

als without EMI in th

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HOYOS, VE

010 (168-177)

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MI-free. Figure 15card in real time

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ELOSA, CANO

175

s

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TÉCNICAS DE FILTRADO DE IEM EN CONVERTIDORES ELECTRÓNICOS DE POTENCIA / EMI FILTER TECHNIQUES IN POWER ELECTRONIC CONVERTERS

INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN VOL. 30 No. 2, AUGUST 2010 (168-177) 176

En español

Conclusiones

Las IEM producidas por el convertidor bajo estudio fueron reduci-das en su gran mayoría, usando las técnicas de supresión.

Después de haber eliminado la gran mayoría de las IEM fue posi-ble ejecutar bien las técnicas de control y se observó un gran au-mento en el rendimiento de éstas, implementadas en tiempo real.

Las siguientes son algunas consideraciones a tener en cuenta:

-Las líneas análogas de las digitales deben estar separadas. -No usar conectores en páneles (correas) sin protección en áreas donde hay gran radiación electromagnética. -Para llevar señales del exterior a la tarjeta es necesario usar cable par trenzado apantallado con el fin de llevar cada señal a un pin y devolverla por su señal de retorno, y que estén apantalladas. -En lo posible, usar cables cortos entre el exterior y la tarjeta. -No juntar líneas de señal con líneas de potencia, de lo contrario se pueden llevar en paralelo pero con una cierta distancia entre ellas, esto es con el fin de reducir acoples magnéti-cos entre líneas. -Proteger las señales contra equipos que produzcan campos mag-néticos tales como celulares, transformadores, bobinas, fuentes de poder, motores eléctricos, pantallas, etcétera.

Agradecimientos

Agradecimientos infinitos a la profesora Fabiola Angulo García por todo el apoyo brindado; sin él, hubiera sido muy difícil la realiza-ción de estas investigaciones.

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In English

Conclusions

EMI produced by the converter being studied became greatly reduced when using noise suppression techniques.

The control techniques were efficiently applied once the vast majority of EMI were eliminated. Also, an enhancement in control technique performance was observed in real time.

Some considerations should be taken into account.

-Analog and digital lines should be kept separated. -Connectors in unprotected panels (belts) should not be used in areas of high electromagnetic radiation. -A shielded twisted pair cable should be used to carry signals from the outside to the card so each signal is carried out to a pin and sent back through the return signal. The signals should be shielded. -Whenever possible, short cables should be used between the outside and the card. -Signal lines should not be placed together with power lines. These lines may run parallel but with an adequate distance between them to reduce magnetic coupling. -The signals should be protected against equipment and devices producing magnetic fields such as cell phones, transformers, coils, power supplies, electric motors and screens.

Acknowledgements

We would like to thank Professor Fabiola Angulo Garcia; without her support it would have been very difficult to complete this research.

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