Endüstriyel kontrol sistemlerinde yer alan baskı devre kartlarının elektromanyetik uyumluluk analizi ve modellenmesi

Abstract

Günümüzde modern binek araçlarda uzun ömür, küçük boyut ve yüksek enerji verimliliği avantajları nedeniyle aydınlatmada kullanılan geleneksel halojen ampullü teknolojilerin yerini Işık Yayan Diyotlar (LED) almaktadır. Otomotiv endüstrisinde LED'lerin sürülmesi için kullanılan elektronik devrelerin firmalar ve uluslararası standartlarca belirlenen aydınlatma ve elektromanyetik uyumluluk (EMC) regülasyonlarını sağlaması zorunludur. Aydınlatma zorunluluğu için gerilim ve akım kontrolü sağlayabilen anahtarlama modlu güç dönüştürücülerinin (SMPC) kullanımı yaygındır. EMC başarısı için ise elektromanyetik girişim (EMI) filtreleri sıklıkla devre tasarımlarına dahil edilmektedirler. EMC testleri yüksek maliyetli ve zaman alan süreçlerdir. Maliyeti azaltmak ve zaman kazanmak için testten önce baskılı devre kartlarındaki (PCB) sorunları belirlemek amacıyla tasarım mühendisleri benzetimlere başvurmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında bir binek araca ait ön sis lambasının SMPC içeren LED sürücü modülü PCB’sinin elektriksel eşdeğer devre modeli oluşturulmuştur. Sonrasında Uluslararası Radyo Girişimi Özel Komitesi (CISPR) 25’te tanımlananan iletilen emisyon (CE) ve yayılan emisyon (RE) testleri benzetim programlarında analiz edilmiş ve deneysel olarak gerçeklenmiştir. EMI filtre olarak kullanılan yüzey montaj teknolojili (SMT) ferrit boncuğun (FB) endüktif davranışı sonucu kondansatörlerle oluşturabileceği rezonansların CE üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu amaçla sürücü modülü güç hattında FB’nin yer aldığı ve almadığı iki farklı devre konfigürasyonu oluşturulmuş, CE testleri benzetim programında analiz edilmiş ve deneysel olarak gerçeklenmiştir. Elde edilen ölçüm sonuçları MBN 10284-4 regülasyon limitleri baz alınarak karşılaştırılmıştır. Son olarak FB’nin RE üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu amaçla RE testi için iki ayrı devre konfigürasyonun benzetim programında modelleri oluşturulmuş, analiz edilmiş ve deneysel olarak gerçeklenmiştir. Elde edilen ölçüm sonuçları ECE R10 regülasyon limitleri baz alınarak karşılaştırılmıştır.

Nowadays, Light Emitting Diodes (LEDs) are replacing the traditional technologies used in lighting in modern passenger vehicles due to the advantages of long life, smaller size, and higher energy efficiency. Electronic circuits used in the automotive industry to drive LEDs must comply with lighting and electromagnetic compatibility (EMC) regulations and international standards set by companies. The use of switched-mode power converters (SMPC), which can provide voltage and current control for lighting necessities, is common. For EMC success, electromagnetic interference (EMI) filters are often included in the circuit design. EMC tests are costly and time-consuming processes. To reduce cost and save time, design engineers use simulations to identify problems in printed circuit boards (PCBs) prior to testing. In this thesis, the electrical equivalent circuit model of the LED driver module PCB containing the SMPC of the front fog lamp of a passenger car has been created. Afterwards, conducted emission (CE) and radiated emission (RE) tests defined in International Special Committee on Radio Interference (CIPSR) 25 have been analyzed in simulation programs and applied experimentally. The effects of resonances that can be created with capacitors because of the inductive behavior of surface mount technology (SMT) ferrite bead (FB) used as an EMI filter on CE have been investigated. For this purpose, two different circuit configurations with and without FB in the power line of the driver module have been created, CE tests have been analyzed in the simulation program and experimentally implemented. Obtained measurement results have been compared based on MBN 10284-4 regulation limits. Finally, the effect of FB on RE has been investigated. For this purpose, two different circuit configurations have been created, RE tests have been analyzed in the simulation program and experimentally implemented. Obtained measurement results have been compared based on ECE R10 regulation limits.