Spectral characteristics of randomly switched PWM DC/DC converters operating in discontinuous conduction mode

This paper addresses a comparative study of the spectral characteristics of four random-switching schemes that apply to the basic pulsewidth-modulation (PWM) dc/dc converters operating in discontinuous conduction mode (DCM). They include randomized pulse position modulation, randomized pulsewidth modulation, and randomized carrier frequency modulation with fixed duty cycle and with fixed duty time, respectively. Mathematical models that characterize the input current and output voltage of the three basic PWM converters operating in DCM are derived. In particular, the effectiveness of spreading the dominant switching harmonics in the input current that normally exist in the standard PWM scheme and the introduction of low-frequency harmonics in the output voltage with respect to the randomness level are investigated. The validity of the models and analyses are confirmed experimentally by using a dc/dc buck converter.link_to_subscribed_fulltex

Contribución a técnicas de modelado y reducción de EMI en sistemas multiconvertidor

This Thesis has been developed in the research group TIEG (Terrassa Industrial Electronics Group). It is focused on the reduction of conducted electromagnetic interferences (EMI) generated by switched power converters. Particularly, it deals with multiphase buck converters. In such kind of systems interleaving is commonly and widely used because of advantages it reports. Among these advantages, it should be mentioned the reduction of the output voltage ripple and conducted disturbances as well. However, interleaving can be combined with other techniques in order to improve the electromagnetic compatibility (EMC) performance. These methods can be classified as filtering or suppression techniques. Filtering methods prevent interferences from propagating through mains, power lines, data lines, etc. Suppression methods directly suppress the noise source. The modulation of the switching pattern of the converter is one of such techniques. These suppression techniques are complementary to the conventional filtering techniques based in passive elements. The aim of this Thesis is to determine the optimum combination of both techniques (interleaving and modulation) in order to achieve the best attenuation of conducted disturbances. The influence of several modulation parameters on the attenuation will be investigated and the undesired side effects produced by these new techniques will be evaluated as well. In order to fulfil this goal, several modulation strategies were considered. Particularly, the switching frequency modulation (SFM), pulse position modulation (PPM) and pulse width modulation (PWM) have been investigated. Finally, three modulation techniques based on the frequency modulation of the switching pattern have been proposed. These techniques are the Constant Delay Tm with switching Frequency Modulation (CDFM-Tm), Constant Delay Tc with switching Frequency Modulation (CDFM-Tc) and Variable Delay with switching Frequency Modulation (VDFM). The experimental validation of these 3 techniques has been conducted on a 4 phases buck converter operated in hard switching regime.Esta tesis se ha desarrollado dentro de una de las líneas de investigación del Grupo de Electrónica Industrial de Terrassa (TIEG). Concretamente, se centra en el área de la reducción de las interferencias electromagnéticas conducidas (EMI), generadas por los convertidores de potencia. Dentro de este campo, se estudia el caso particular de los convertidores buck multifase. En este tipo de sistemas es común el uso de la técnica de interleaving que conlleva una serie de beneficios entre los que destaca la reducción del rizado de la tensión de salida y de las interferencias generadas. No obstante, es posible combinarla con otras técnicas para mejorar los resultados obtenidos desde el punto de vista de la compatibilidad electromagnética (EMC). En la actualidad existen diversos métodos para la reducción de las interferencias conducidas en convertidores de potencia que se pueden aplicar conjuntamente con la técnica de interleaving. Estos métodos se pueden clasificar como métodos de filtrado o supresión. Los primeros actúan evitando que las interferencias generadas se propaguen a través de las líneas de alimentación, datos, etc. Mientras que los segundos actúan directamente sobre las fuentes de ruido, reduciendo en origen las perturbaciones. Dentro de los métodos de supresión se encuentran las técnicas basadas en la modulación de la señal de control del convertidor. Estas técnicas de supresión son alternativas o complementarias a las técnicas de filtrado convencionales, basadas en elementos pasivos. El objetivo de la tesis es determinar la combinación óptima de estas dos técnicas (interleaving y modulación) en relación a la atenuación de las perturbaciones conducidas, cuantificando el efecto de diferentes parámetros de modulación sobre ésta. Por otro lado, también se desea evaluar los efectos no deseados producidos por estas nuevas técnicas. Para lograr este objetivo, se han evaluado diferentes estrategias de modulación que se pueden aplicar sobre la señal de control de los convertidores de potencia. En concreto, se han estudiado la modulación en frecuencia (SFM), la modulación de la posición del pulso (PPM) y la modulación por ancho de pulso (PWM). Por último, se han desarrollado tres técnicas de modulación basadas en la modulación en frecuencia de la señal de control, Constant Delay Tm with switching Frequency Modulation (CDFM-Tm), Constant Delay Tc with switching Frequency Modulation (CDFM-Tc) y Variable Delay with switching Frequency Modulation (VDFM). La validación experimental de las técnicas desarrolladas se ha llevado a cabo sobre un convertidor buck de 4 fases, operando en conmutación forzada