EO

Schakelende voedingen in complexe systemen

09 december 2019 om 14:27 uur

De laatste jaren zijn veel onderzoeksresultaten naar buiten gebracht over de elektromagnetische ‘nachtmerrie’ van energiezuinige apparatuur. Een gemeenschappelijk deler is de niet lineariteit in het voedingscircuit. Dat wil zeggen dat de stroom die de gebruiker trekt niet netjes de aangeboden spanningsvorm volgt. In deze blog gaat EMC-ESD-expert Niek Moonen (Universiteit Twente ) wat dieper in op een type schakelende voedingen, maar met een sterke focus op de gegenereerde elektromagnetische interferentie wanneer er meerdere van worden gebruikt, in parallel of in serie.

 

1Figuur 1: Half-brug


Een typische en veel gebruikte bouwsteen in voedingen is te zien in Figuur 1. In het geval van een DC/AC converter wordt er aan de linkerzijde een DC voeding aangebracht en komt er door het slim aan en uitzetten van de half-geleiders een blokgolf aan rechterzijde. Mits deze uitgang via een filter loopt, kan er een mooi sinusvormig signaal worden gegenereerd. Met andere woorden: het is een inverter, zoals vaak bij zonnepanelen wordt geleverd, die de energie bruikbaar maakt voor het huishouden.


In Figuur 2 is te zien hoe de uitgang (voor een filter) er idealiter uit moet zien. Het digitaal gefilterde signaal is ter illustratie weergegeven, om aan te duiden dat het daadwerkelijk een sinusvormig signaal zal opleveren. Alleen deze 50 Hz, zoals hier afgebeeld, is van belang, alle andere frequenties kunnen als storingen worden gezien. De storing afkomstig van het heel vaak schakelen, is daarentegen wel zeer controleerbaar, aangezien deze bepaald wordt door de ontwerper van de omvormer. Er bestaan veel technieken om dit type storing te onderdrukken. Die lopen uiteen van het veranderen van de schakelfrequentie, tot het actief uitdoven van de schakelfrequentie en zijn harmonischen en zelfs gebruik van meerdere half-bruggen bovenop elkaar gestapeld om direct meer sinusvormige signalen te genereren. Dit laatste wordt overigens veelal gebruikt in digitaal-naar-analoog conversiesystemen.


2Figuur 2: ideaal schakelende voedingsuitgang (blauw) en digitaal gefilterde versie (Oranje).


3Figuur 3: Niet-idealiteit tijdens het schakelen


Helaas is de wereld niet ideaal en dit ziet men terug in het gegenereerde signaal. Naast de bekende/gecontroleerde schakelstoringen, zijn er ook minder voorspelbare interferenties. Het is fenomeen dat hier is toegevoegd (in simulatie) is de oscillatie die aangeslagen wordt tijdens/door elke transitie van voeding. Figuur 3 laat dit zien als een hoogfrequente oscillatie bovenop de blokgolf, veel groter dan de schakelfrequentie. Deze frequentie is het gevolg van een resonantie van een inductie en capaciteit die over het algemeen parasitair zijn, en daarmee dus vaak onvoorspelbaar. Dit zegt dus eigenlijk dat als men 6 keer dezelfde omvormer maakt, deze frequentie altijd verschillend zou kunnen zijn. Dit zou in een huishouden wellicht geen probleem moeten opleveren, aangezien hier vaak maar een enkele omvormer aanwezig is, maar in grote zonnepaneelparken wordt een groot aantal van deze omvormers in parallel dan wel in serie gebruikt. Wat is uiteindelijk het gevolg voor de totale storing geproduceerd in zo'n situatie? Versterken de interferenties elkaar? Of doven ze uit?

 

5
Figuur 4: Simulatie (links) en meting (rechts) van twee in serie aangesloten half-bruggen.


Storingen, en hun propagatie, in complexe systemen vormen dan ook kernbegrippen in de EU Horizon 2020-projecten Scent en Etopia. Het is aan de jonge onderzoekers om aan te tonen of er mogelijkheden zijn om ze onder controle te krijgen, of zelfs volledig te vermijden. Dit wordt onder andere gedaan via statistische analyses, numerieke simulaties en het in het veld meten (bijvoorbeeld in zonnepaneelparken). Robert Smolenski uit Zielona Gora (Uz) heeft ze met zijn presentatie tijdens de Scent Summerschool in elk geval genoeg gegeven om over na te denken, want een van zijn gepubliceerde resultaten (Figuur 5) laat zien, dat er een zeer variabel niveau van interferentie kan zijn wanneer meerdere omvormers tegelijkertijd in een systeem aanwezig zijn.


5Figuur 5: Meer dan 1000 metingen per combinatie van omvormer die laten zien dat de interferentie zowel destructief als constructief kan zijn.

 

 

Video's

Met Pilz van Kennis naar Kunde

Met Pilz van Kennis naar Kunde

De trainingen van Pilz helpen u van kennis over machineveiligheid naar echte kunde op dat gebied.…

Water zuiveren aan huis

Best of the best: waterzuivering aan huis

Waterzuivering aan huis. Of kantoor. Dat kan met de Hydraloop: een Friese onderhoudsarme…

 “Crazyflie, breng me een koffie en een broodje bal”

“Crazyflie, breng me een koffie en een broodje bal”

Een team van onderzoekers van het Duitse Karlsruhe Institute of Technology heeft een Crazyflie 2.0…

Logistiek centrum van lego

Logistiek centrum van lego

Het logistieke centrum van Wenko in Baal (DE) werd in 2017 grondig gemoderniseerd door…

Mercedes concept car heeft geen stuur, rijdt opzij, en communiceert via kleppen met zijn omgeving

Mercedes concept car heeft geen stuur, rijdt opzij, en communiceert via kleppen met zijn omgeving

Las Vegas is wel wat extravagantie gewend, maar een Mercedes-Benz concept car uitgerust met…

Meer videos »

Laatste nieuws

Op brein geïnspireerd netwerk herkent patronen met AI

Op brein geïnspireerd netwerk herkent patronen met AI

Een ongeordend netwerk dat goed is in het herkennen van ordelijke patronen. Het klinkt tegenstrijdig, maar het benadert de manier waarop ons brein patronen herkent. Onderzoekers van de TU Eindhoven en Universiteit Twente…

Kogelvrije polymeerblokjes

Kogelvrije polymeerblokjes

Onderzoekers van de Rice University Brown School of Engineering in Houston (VS) hebben kubussen van roosterpolymeer ontwikkeld die de kracht van een kogel en andere projectielen kunnen weerstaan.

Als ASML geen chipmachines levert, loopt handelsrelatie Nederland - China gevaar

"Als ASML geen chipmachines levert, loopt handelsrelatie Nederland - China gevaar"

De relatie tussen Nederland en China loopt gevaar als het kabinet de export van een EUV-chipmachine van de Veldhovense machinebouwer ASML blijft blokkeren om politieke redenen. Daarvoor waarschuwt de ambassadeur van…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Agenda

28 januari 2020, D&F kantoor Breda

SIL & PL Specialist, machine safety met TÜV persoonscertificaat

28 jan, 04 feb, 18 feb, 03 mrt, 10 mrt en 24 mrt 2020 Examen: 31 maart 2020

28 januari 2020, Den Bosch

Productie Proces Automatisering event

Het Productie Proces Automatisering event richt zich op de productie- en procesindustrie, machinebouwers,...

30 januari 2020, Amsterdam

The Things Conference

Join The Things Conference to speed up your LoRaWAN development process.

Meer agendapunten »