FR2786337A1

FR2786337A1 - Device and method for reducing electro-magnetic interference emitted by electronic power equipment, such as current converters

Info

Publication number: FR2786337A1
Application number: FR9814541A
Authority: FR
Inventors: Alain Pons; Antoine Puzo
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2000-05-26

Abstract

The electronic equipment contains at least an inductance, and has a device for injecting a compensation current for parasitic currents induced by the inductance at the terminals of the source current. The compensation current is generated by a transformer and a capacitor of the same capacitance as the parasitic capacitance of the inductance. The method for reducing parasitic current involves measuring the parasitic capacitance of the inductance and using a compensation device at the current source terminals that has the same parasitic capacitance as the inductance to generate a compensation current

Description

DISPOSITIF DE REDUCTION DE COURANT PARASITE
La présente invention concerne des dispositifs pour la réduction des perturbations électromagnétique émises par un équipement d'électronique de puissance.INTERFERENCE CURRENT REDUCTION DEVICE
The present invention relates to devices for the reduction of electromagnetic disturbances emitted by power electronic equipment.

Un tel équipement électronique, par exemple un convertisseur de courant, doit sans cesse voir ses performances améliorées et s'adapter dans le mme temps aux standards actuels qui font baisser les niveaux de pollution admissible dans le cadre des normes de compatibilité électromagnétique (EMC). Une des principales causes de pollution EMC provient des éléments parasites des composants électroniques eux-mmes. Ils génèrent un courant électrique et un champ électromagnétique induit. Il est plus satisfaisant et souvent plus rentable de compenser cette pollution à l'endroit mme où elle est produite, plutôt que de façon globale par filtrage. Such electronic equipment, for example a current converter, must constantly see its performance improved and at the same time adapt to current standards which lower the levels of pollution admissible within the framework of the electromagnetic compatibility (EMC) standards. One of the main causes of EMC pollution comes from the parasitic elements of the electronic components themselves. They generate an electric current and an induced electromagnetic field. It is more satisfactory and often more profitable to compensate for this pollution in the same place where it is produced, rather than globally by filtering.

La présente invention a donc pour objet de corriger le courant parasite dû à la capacité entre spires et entre couches des inductances. The present invention therefore aims to correct the stray current due to the capacitance between turns and between layers of inductors.

Cette capacité parasite, en parallèle sur l'inductance, génère un courant sur le circuit principal par exemple sur un hacheur parallèle de type élévateur. This parasitic capacitance, in parallel on the inductor, generates a current on the main circuit for example on a parallel chopper of the booster type.

La haute fréquence de ce courant peut se propager en dehors du circuit et créer des champs électromagnétiques très intenses.The high frequency of this current can propagate outside the circuit and create very intense electromagnetic fields.

Le brevet français 9410904 décrit une solution matérielle consistant à placer un élément d'antenne au voisinage d'un conducteur rayonnant de manière à absorber l'énergie électromagnétique qui lui parvient par couplage avec le conducteur rayonnant afin de réduire l'énergie rayonnée dans l'espace qui les entoure tous les deux. French patent 9410904 describes a hardware solution consisting in placing an antenna element in the vicinity of a radiating conductor so as to absorb the electromagnetic energy which reaches it by coupling with the radiating conductor in order to reduce the energy radiated in the space surrounding them both.

Des solutions agissant sur les éléments euxmmes sont utilisées dans l'art antérieur. C'est par exemple le cas du filtrage aux entrées et sorties des appareils ou du blindage du dispositif global ou de certains éléments. Solutions acting on the elements themselves are used in the prior art. This is for example the case of filtering at the inputs and outputs of the devices or the shielding of the overall device or of certain elements.

Ces solutions ont des limitations techniques et ne suppriment pas toutes les radiations. De plus, un filtrage sophistiqué entraîne des coûts importants, puisqu'il traite la totalité du courant du montage. These solutions have technical limitations and do not remove all radiation. In addition, sophisticated filtering involves significant costs, since it treats the entire assembly current.

L'invention permet d'améliorer la qualité du filtrage tout en proposant une solution peu coûteuse. The invention makes it possible to improve the quality of filtering while proposing an inexpensive solution.

Pour compenser les courants parasites à l'endroit mme où ils sont générés, il est possible de générer un courant de mme intensité avec un sens opposé. Ce courant, injecté dans le système, peut compenser la propagation du courant parasite.To compensate for stray currents at the same place where they are generated, it is possible to generate a current of the same intensity with an opposite direction. This current, injected into the system, can compensate for the propagation of the stray current.

L'invention concerne, dans son acception la plus générale, un équipement électronique de puissance comprenant au moins une inductance caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour injecter un courant de compensation du courant parasite induit par l'inductance aux bornes de la source de courant. Le courant de compensation est avantageusement généré par un transformateur et un condensateur de mme capacité que la capacité parasite de l'inductance. The invention relates, in its most general sense, to electronic power equipment comprising at least one inductor, characterized in that it comprises means for injecting a compensation current for the parasitic current induced by the inductance at the terminals of the source. current. The compensation current is advantageously generated by a transformer and a capacitor with the same capacity as the stray capacitance of the inductor.

L'invention concerne également un procédé de réduction du courant parasite induit dans un équipement électronique de puissance comprenant au moins une inductance comprenant les étapes suivantes :
-on mesure la capacité parasite de l'inductance ;
-on adapte aux bornes de la source de courant un dispositif possédant la mme capacité parasite que l'inductance et générant un courant de compensation du courant parasite ou on adapte aux bornes de la source de courant un dispositif permettant de générer un courant de compensation de mme forme et de sens opposé.The invention also relates to a method for reducing the parasitic current induced in electronic power equipment comprising at least one inductor comprising the following steps:
-the parasitic capacitance of the inductance is measured;
-a device adapted to the terminals of the current source has the same parasitic capacitance as the inductor and generates a compensation current for the parasitic current or a device is adapted to the terminals of the current source for generating a compensation current of same shape and opposite direction.

Le dispositif objet de l'invention consiste en un condensateur possédant la mme valeur de capacité que la capacité parasite de la self inductance. Cet élément permet de produire un courant identique à celui présent dans le circuit principal. Ce courant est réinjecté dans le circuit principal en utilisant une ferrite HF comme transformateur"d'inversion"et comme capacité d'isolation. L'énergie transportée par ce courant parasite est généralement faible en comparaison avec celle du convertisseur considéré. Le type de ferrite choisi dépend de la gamme de fréquence. Le dispositif de correction est ainsi moins important que le dispositif corrigé. La compensation de la pollution à sa source est toujours plus efficace que d'autres solutions qui autorisent une propagation partielle et génèrent ainsi des émissions parasites. L'invention permet aussi une compensation mieux localisée et une simplification de la section de filtrage du dispositif électronique. The device which is the subject of the invention consists of a capacitor having the same capacitance value as the parasitic capacitance of the self inductance. This element produces a current identical to that present in the main circuit. This current is fed back into the main circuit using an HF ferrite as the "inversion" transformer and as the insulation capacity. The energy transported by this stray current is generally low in comparison with that of the converter considered. The type of ferrite chosen depends on the frequency range. The correction device is thus less important than the corrected device. Compensation for pollution at its source is always more effective than other solutions which allow partial propagation and thus generate parasitic emissions. The invention also allows better localized compensation and simplification of the filtering section of the electronic device.

Les caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation de l'invention en se référant aux figures annexées qui représentent :
-la figure 1, à titre d'exemple, le schéma d'un hacheur de type élévateur ;
-la figure 2, une illustration de l'intensité théorique traversant l'inductance L du schéma de la figure 1 ;
-la figure 3, une illustration de ce mme courant au moment de la commutation de l'interrupteur I du schéma de la figure 1 ;
-la figure 4, le mme schéma que celui de la figure 1, mais avec indication d'un condensateur et d'une inductance parasites ;
-la figure 5, une illustration du dispositif assurant, dans une réalisation selon l'invention, une compensation du courant parasite ;
-la figure 6, une illustration des résultats expérimentaux avec le dispositif.The characteristics of the invention will appear more clearly in the light of the following description of an embodiment of the invention with reference to the appended figures which represent:
FIG. 1, by way of example, the diagram of an elevator-type chopper;
FIG. 2, an illustration of the theoretical intensity crossing the inductance L of the diagram of FIG. 1;
FIG. 3, an illustration of this same current at the time of switching of the switch I in the diagram of FIG. 1;
FIG. 4, the same diagram as that of FIG. 1, but with indication of a parasitic capacitor and an inductance;
FIG. 5, an illustration of the device ensuring, in an embodiment according to the invention, compensation for the stray current;
FIG. 6, an illustration of the experimental results with the device.

Il est très difficile d'obtenir des inductances élevées sans capacités parasites parce qu'un bobinage est constitué d'un enchevtrement de fils qui présentent toujours une certaine surface entre des couches consécutives. It is very difficult to obtain high inductances without parasitic capacitances because a winding consists of a tangle of wires which always have a certain surface between consecutive layers.

Ces capacités ne dérangent généralement pas la fonction de commutation mais engendrent des courants parasites qui doivent tre supprimé pour obéir aux normes
EMC.These capacities generally do not disturb the switching function but generate parasitic currents which must be suppressed to obey the standards.
EMC.

Un exemple d'équipement électronique de puissance est représenté sur la figure 1. Il comprend une source de tension continue E, deux condensateurs Cl et
C2, une diode D, une inductance L, un I ainsi qu'une charge R.An example of electronic power equipment is shown in FIG. 1. It includes a DC voltage source E, two capacitors Cl and
C2, a diode D, an inductance L, an I as well as a load R.

La figure 2 représente schématiquement l'intensité traversant l'inductance L lorsque l'on effectue des calculs théoriques. FIG. 2 schematically represents the intensity crossing the inductance L when theoretical calculations are carried out.

Cependant, quand on observe ce courant avec de grandes vitesses de balayage, on peut voir un courant supplémentaire au moment de la commutation qui est représenté sur la figure 3. Ce courant supplémentaire est dû à la capacité intrinsèque de l'inductance, que l'on modélise par la présence du condensateur Cp en parallèle avec l'inductance. Sa capacité Cp est calculée de manière classique en recherchant la fréquence de résonance propre de l'inductance. However, when we observe this current with high scanning speeds, we can see an additional current at the time of switching which is represented on figure 3. This additional current is due to the intrinsic capacity of the inductance, that the we model by the presence of the capacitor Cp in parallel with the inductance. Its capacitance Cp is calculated in a conventional manner by seeking the natural resonance frequency of the inductance.

On obtient alors un nouveau schéma de principe du dispositif, illustré par la figure 4. Un courant parasite peut alors circuler dans la boucle (Cl- Cp-I). Le condensateur Cl possède lui-mme une inductance propre modélisée sur ce schéma par l'inductance L'. A new principle diagram of the device is then obtained, illustrated by FIG. 4. A parasitic current can then flow in the loop (Cl-Cp-I). The capacitor Cl itself has its own inductance modeled on this diagram by the inductance L '.

L'invention consiste à intégrer un petit circuit comme montré dans la figure 5. On insère un petit transformateur Tf possédant une inductance faible et constitué de deux perles de ferrite enfilées sur deux fils. Un condensateur Cp, de mme capacité que le condensateur parasite Cp génère dans le circuit primaire un courant égal à celui généré par la capacité parasite de l'inductance. Ce courant est ensuite réinjecté dans le sens opposé pour compenser le courant parasite. Le résultat est de baisser la valeur crte de 70 à 45 mA dans cet exemple comme montré dans la figure 6. The invention consists in integrating a small circuit as shown in FIG. 5. A small transformer Tf is inserted having a low inductance and consisting of two ferrite beads strung on two wires. A capacitor Cp, of the same capacity as the parasitic capacitor Cp generates in the primary circuit a current equal to that generated by the parasitic capacitance of the inductance. This current is then reinjected in the opposite direction to compensate for the stray current. The result is to lower the peak value from 70 to 45 mA in this example as shown in Figure 6.

Le courant de compensation n'a pas nécessairement la mme forme que le courant parasite. En ajoutant des éléments il est possible de perfectionner le système, par exemple une résistance faible peut ajouter une constante de temps dans le circuit capacitétransformateur, cette constante étant inférieure à celle des la boucle compensée. The compensation current does not necessarily have the same form as the stray current. By adding elements it is possible to perfect the system, for example a low resistance can add a time constant in the capacitor-transformer circuit, this constant being less than that of the compensated loop.

Claims

1-Electronic power equipment comprising at least one inductor characterized in that it comprises means for injecting a compensation current for the parasitic current induced by the inductor across the current source;

2-Electronic equipment according to claim 1 characterized in that the compensation current is generated by a transformer and a capacitor with the same capacity as the parasitic capacity of the inductor.

3-Method for reducing the parasitic current induced in electronic power equipment comprising at least one inductor characterized in that it comprises the following steps:

-the parasitic capacitance of the inductance is measured;

a device having the same stray capacitance as the inductor is adapted to the terminals of the current source, and generating a stray current compensation current.

4-Method for reducing the parasitic current induced in electronic power equipment comprising at least one inductor characterized in that it comprises the following steps:

-the parasitic capacity of

inductance;

-a device is adapted to the terminals of the current source for generating a compensation current of the same shape and of opposite direction.