Revista Eletrônica de Potência (Brazilian Journal of Power Electronics)

Palavras Chaves: Conversores chaveados, Emissões Radiadas, FFT, Reatores Eletrônicos, Regime Transitório

Resumo

As atuais normas de emissões eletromagnéticas, como por exemplo as produzidas pelo comitê CISPR, realizam o ensaio de emissões radiadas de conversores chaveados somente em regime permanente de operação. Dessa forma, emissões eletromagnéticas geradas durante transitórios de partida ou desligamento desses conversores acabam não sendo submetidos a nenhum controle. Esses transitórios podem causar problemas de interferência eletromagnética, especialmente se os conversores em questão forem reatores eletrônicos de luminárias, que geralmente estão presentes em um grande número em um ambiente e sujeitos a vários ciclos diários de partida e desligamento. Para realizar essa analise faz-se necessário o desenvolvimento de uma técnica de medidas de emissões eletromagnéticas capaz de ser rápida o suficiente para detectar as emissões durante esses transitórios. Desse modo a captura dos sinais no domínio do tempo e a aplicação da transformada rápida de Fourier (FFT) com alguns processamentos adicionais, possibilitaram esse tipo de análise. Nesse trabalho serão demonstradas as ferramentas necessárias para a execução da análise de emissões eletromagnéticas radiadas, particularizando para o caso dos reatores eletrônicos de lâmpadas fluorescentes. Nos testes realizados com esses conversores, foram observadas emissões radiadas acima do limite da norma CISPR15 durante os transitórios.

Title: ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC EMISSION IN SWITCHED CONVERTERS AT THE TRANSIENT REGIME

Keywords: Eletronic Ballasts, FFT, Radiated Emissions, Switched-mode converters, Transient Regime

Abstract

The Current electromagnetic emissions standards, such as those produced by the CISPR committee, perform the radiated emission test of switched-mode converters only under a permanent operating regime. In this way, electromagnetic emissions generated during transients of starting or shutting down of these converters are not submitted to a control. These transients may cause electromagnetic interference issues, especially if the converters are electronic ballasts for lamps, which are usually present in a large number in the same environment and exposed to several daily cycles of starting and shutting down. To perform this analysis, it is necessary to use an electromagnetic emission measurement technique capable of being fast enough to detect the emissions during these transients. The capture of the transient signals in the time domain and the calculation of the fast Fourier transform (FFT) with some additional processing allow this type of analysis. In this work, the necessary tools to perform the radiated electromagnetic emissions analysis will be demonstrated, particularizing for the case of the electronic ballasts for fluorescent lamps. In the tests executed with these converters, there were observed radiated emissions above the limit of the CISPR15 standard during transients.

[1] H. W. Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering, John Wiley & Sons, New Jersey,3º Ed, 2009. DOI:10.1002/9780470508510
[2] C. R. Paul, Introduction to Electromagnetic Compatibility, Wiley-Interscience, New Jersey, 2º Ed, 2006. Doi:10.1002/0471758159
[3] J. Medler, M. Keller. “Use of FFT-based measuring instruments for EMI compliance measurements.” ESA Workshop on Aerospace EMC IEEE, 2016. Doi: 10.1109/AeroEMC.2016.7504565
[4] J. W. Cooley, J. W. Tukey, “An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series”. Math. Comput. 19: 297–301. 1965. Doi: 10.1090/S0025-5718-1965-0178586-1
[5] I.E.C., CISPR 16-4-2:Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods – Part 4-2: Uncertainties, statistics and limit modelling — Measurement instrumentation uncertainty. Geneva, 2011
[6] I.E.C., CISPR 15:Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment. Geneva, 2014
[7] I.E.C., CISPR 16-2-3:Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods – Part 2-3: Methods of measurement of disturbances and immunity — Radiated disturbance measurements. Geneva, 2014
[8] G. W. Chang, C. Y. Chen, M. C. Wu, “Measuring harmonics by an improved FFT-based algorithm with considering frequency variations.” IEEE International Symposium Circuits and Systems, p. 4, 2016. Doi:10.1109/ISCAS.2006.1692807
[9] S. D. Kent III, L. F. Linder, K. V. Cai, “Mixed technology MEMS/SiGe BiCMOS digitalized analog front end with direct RF sampling”. U.S. Patent n. 7,187,735, 6 mar. 2007. Doi:10.1109/JSSC.2005.848027
[10] F. J. Harris, “On the use of windows for harmonic analysis with the discrete Fourier transform.” Proceedings of the IEEE, v. 66, n. 1, p. 51-83, 1978. Doi:10.1109/PROC.1978.10837
[11] S. Scholl, “Exact Signal Measurements using FFT Analysis.” Microelectronic Systems Design Research Group, TU Kaiserslautern, Germany, 2016
[12] C.-H. Chang, C.-A. Cheng, E.-C. Chang, H.-L. Cheng, B.-E. Yang, “An Integrated high-power-factor converter with ZVS transition”, in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 3, pp.2362-2371, March 2016. Doi:10.1109/TPEL.2015.2439963
[13] Z. P. da Fonseca, A. J. Perin, E. Agostini Jr, C. B. Nascimento, “Single-stage high power factor converters requiring low DC-link capacitance to drive power LEDs”, in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 5, pp. 3557-3567, May 2017. Doi:10.1109/TIE.2016.2564343
[14] S. Johnson, R. Zane, “Custom spectral shaping for EMI reduction in high-frequency inverters and ballasts”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 20, no. 6, Nov. 2005. Doi:10.1109/TPEL.2005.857565
[15] F. L. Lirio, M. do C. B. P. Rodrigues, H. A. C. Braga, “Análise e modelagem do filtro ativo de potência PWM monofásico”, Eletrônica de Potência–SOBRAEP, vol. 6, no. 1, dezembro 2001. Doi:10.18618/REP.2001.1.025032
[16] A. V. Costa, D. B. Rodrigues, G. B. de Lima, L. C. de Freitas, E. A. A. Coelho, V. J. Farias, L. C. G. de Freitas, “Retificador híbrido trifásico de alta potência com reduzida DHTi utilizando conversor boost para promover suportabilidade a afundamentos de tensão”, Eletrônica de Potência – SOBRAEP, vol. 17, no. 3, agosto 2012. Doi:10.18618/REP.2012.3.609622
[17] L. P. Sampaio, M. A. G. de Brito, G. de A. Melo, C. A. Canesin, “Inversor monofásico para geração distribuída conectada à rede elétrica, com injeção de potência ativa e capacidade de compensação reativa”, Eletrônica de Potência –SOBRAEP, vol. 19, no. 1, fevereiro 2014. Doi:10.18618/REP.2014.1.090097
[18] C. H. Barriquello, G. W. Denardin, R. A. Pinto, P. E. Bolzan, A. Campos, R. N. do Prado, “A LED street lighting system supplied by mains or battery with an integrated control and monitoring network”, Eletrônica de Potência –SOBRAEP, vol. 18, no. 2, maio 2013. Doi:10.18618/REP.2013.2.982990