Determining Coupling Paths for Radiated Emission Caused by Common Mode Emission by Help of Near-field Scanning and Numerical Methods

Tid til markedet, produktudviklingsomkostninger og endelige produktomkostninger er faktorer, der i høj grad påvirkes af "ikke bestået" ved lovpligtige elektromagnetiske kompatibilitets tests. Elektromagnetisk interferens i strømkonvertere stammer typisk fra den uundværlige skiftestage, hvilket gør det uundgåeligt. Ingeniører har en tendens til at overdesigne for at undgå fejl sent i udviklingsprocessen, hvilket øger enhedsprisen. Denne afhandling undersøger muligheden for at implementere simulation tidligt i produktudviklingsfasen for at identificere koblingsvejen fra kilden til måleantennen. Det første studie præsenterede en metode til at reducere modelleringskompleksiteten af en flybacktransformer ved at introducere en hybrid simulation og en ækvivalent model. Studiet opnåede succesfuldt en ækvivalent nær-felt af transformeren sammenlignet med målinger i frekvensområdet 80 MHz til 600 MHz. Studie I fokuserede på den common-mode ækvivalent af transformeren, da common-mode strømme har et stort bidrag til udstrålede emissioner fra tilsluttede kabler. Derefter undersøgte studie II brugen af simulation til at identificere og visualisere koblingsvejen til de tilsluttede kabler. Studiet anvendte en metode baseret på reciprocitetsteoremet, som er bevist effektiv i digital elektronik til visualisering. Studie II var et fuld simuleringsstudie og et proof of concept for at bruge metoden inden for effekt elektronik. Studiet viste, at visualisering var brugbar til at identificere det dominerende kabel ved udstråling ved to interessefrekvenser. Nogle forsknings- og udviklingsafdelinger har ikke midlerne, ekspertisen eller tiden til at udvikle en simuleringsmodel. Derfor undersøgte denne afhandling også muligheden for at identificere og visualisere koblingsvejen ved nær-feltsskanning eller målinger. Studie III udnyttede en nær-feltsskanning af en effekt elektronkk DC-DC-konverter til at visualisere koblingsvejen til de tilsluttede kabler. Dette blev gjort ved at udføre en koblings-nær-feltsskanning (CNFS), en ny metode til at give en værdi for den rumlige bidrag i skanningsområdet til de tilsluttede kabler. En vektornetværksanalysator (VNA) blev brugt til at udføre koblingsmålingen, og resultaterne blev sammenlignet med målinger af udstrålede emissioner. En velkendt, absolut nær-feltsskanning (ANFS) blev også udført. CNFS og ANFS blev udført for Hx, Hy og Ez komponenterne. Der blev vist en korrelation mellem CNFS med høje værdier kombineret med en høj værdi af ANFS til høje udstrålede emissioner. Den dominerende radiator blev også identificeret ved CNFS og bekræftet ved udstrålede emissioner. Studie IV udvidede det nye koncept med CNFS fra studie III. Studiet introducerer et værktøj til kvalitativ evaluering af en kombineret CNFS og ANFS kaldet beregnet kobling (CC). CC repræsenterer en normaliseret CNFS-matrix ganget med ANFS-matrixen element for element og giver en visuel repræsentation af områderne på en testenhed, der kunne udgøre et problem for udstrålede emissioner fra tilsluttede kabler. En kvantitativ analysemetode blev introduceret baseret på CC ved at udføre feltplotaddition (FPA), hvilket giver en enkelt værdi af CC ved et frekvenspunkt. Tendensen langs frekvensen opnået ved FPA indikerer frekvenspeaks i udstrålede emissioner. I en case study blev et board layout ændret baseret på visuel information baseret på CC, og der blev taget beslutninger for at reducere CC. De to layouts blev sammenlignet med hensyn til CC, FPA og udstrålede emissioner og en reduktion var tydelig alle tre steder. Studie V havde til formål at give en black-box-model af et power-drive-system til evaluering af udstrålede emissioner fra 20 MHz til 300 MHz. power-drive-systemet blev karakteriseret ved at opnå VNA-målinger, inklusive de tilsluttede kabler, af den komplette opsætning af udstrålede emissioner. Koblingen mellem power-drive-systemet og en måleantenne blev også målt. I postprocessering blev S-parametrene oprettet som en black box med koblinger, og motor karakteriseringen blev modelleret som en kredsløbsmodel. Den direkte VNA-måling blev sammenlignet med black-box-modellen og kredsløbsbaseret model for udstrålede emissioner. De tre var i overensstemmelse inden for 2 dB over det meste af frekvensområdet, men op til 10 dB ved 60 MHz.