EO_478

COMPONENTS HYBRID FILTER 70 - ELETTRONICA OGGI 478 - MAGGIO 2019 Se gli interruttori di potenza sono IGBT, la frequen- za dei segnali PWM applicati a ogni gate è tipica- mente di circa 20 kHz. I MOSFET possono operare a frequenze molto più alte, fino a diverse centinaia di kHz. In entrambi i casi, una rapida commutazio- ne produce variazioni brusche di tensione lungo i transistor, causando oscillazioni che contengono rumore ad alta frequenza alle armoniche della fre- quenza di commutazione. In qualsiasi inverter basa- to su IGBT per un generatore fotovoltaico o eolico, i segnali di rumore possono esistere a frequenze fino a 1 Mhz o più. Queste e altre sorgenti di rumore come i convertitori DC/DC che commutano in altre aree del sistema, accoppiate sulle linee di alimentazione AC in uscita, possono compromettere la qualità del- la potenza in uscita e causare interferenze. Ciò può impattare sui segnali di controllo del sistema, quali i segnali analogici di retroazione, nonché sui disposi- tivi nelle vicinanze. Per evitare tali distorsioni e interferenze, standard quali IEEE 1547 e UL 1741, che si applicano agli inverter per i sistemi di alimentazione distribuita come i generatori eolici o fotovoltaici, impongono limiti sul contenuto armonico ammesso in uscita all’inverter. L’interferenza elettromagnetica irra- diata (EMI) è inoltre soggetta ai limiti imposti dagli standard come l’FCC parte 15 B. Come ridurre il rumore di commutazione Per assicurare la conformità alle specifiche applica- bili sul rumore e la compatibilità elettromagnetica, i filtri posizionati nel sistema rimuovono le armo- niche dalle forme d’onda di tensione e di corrente, correggono il fattore di poten- za garantendo che tensione e corrente siano in fase, e mini- mizzano la distorsione. La figura 2 mostra le posizioni dei filtri per l’attenuazione del rumore in un sistema di con- dizionamento della potenza fotovoltaica. Il filtro in uscita all’inverter è stato progettato per rimuovere i transitori di frequenza di commutazione e contiene una combinazione di condensatori X e Y, induttori e soppressori per rimuovere il rumore di modo comune e di modo differenziale in cor- rispondenza delle principali armoniche della frequenza di commutazione. La figura 3 for- nisce informazioni dettagliate sulla composizione del filtro. In linea di principio, i condensatori X e i soppressori rimuovono il rumore di modo differenziale, mentre i condensatori Y e gli induttori di modo comune rimuo- vono il rumore di modo comune. Quest’ultimo appare nella stessa direzione sui due conduttori, mentre il ru- more di modo differenziale appare in direzioni oppo- ste. La bobina d’arresto modo comune, come illustra- to in figura 3, è un dispositivo a quattro terminali che comprende due fili conduttori avvolti in direzioni op- poste intorno a un singolo nucleo magnetico. Conven- zionalmente, questo nucleo è realizzato in ferrite. Poi- ché il flusso magnetico scorre all’interno del nucleo, le bobine di arresto di modo comune agiscono come induttori che forniscono un’alta impedenza contro le correnti di modo comune (rumore), pur consentendo alle correnti differenziali desiderate di fluire. Per quanto riguarda il soppressore di modo comune, correnti identiche che scorrono in direzioni opposte attraverso le bobine di arresto daranno origine a campi magnetici uguali ed opposti che si annullano a vicenda, di modo che il soppressore presenti un’im- pedenza minima in corrispondenza della corrente che scorre sul carico e lungo il percorso di ritorno. Il rumore differenziale si riferisce alle distorsioni che generano differenze tra queste due correnti. I campi magnetici prodotti da questi segnali diversi non si annullano, ma piuttosto presentano un’impedenza elevata che attenua la distorsione. Tecnologie di filtraggio avanzate per inverter leggeri Con il maggiore ricorso alle energie rinnovabili, i veicoli elettrici e i motori ibridi incrementano la do- Fig. 3 – I soppressori e i condensatori in uscita all’inverter attenuano il rumore di modo differenziale (rosso) e di modo comune (blu)