Схемотехнічні методи зменшення імпульсних завад у бортових електронних системах безпілотних літальних апаратів

Т.Г. Бенько

doi:10.15330/itee.2024.1.02

Автор(и)

Т.Г. Бенько Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника https://orcid.org/0000-0002-6310-8743

DOI:

https://doi.org/10.15330/itee.2024.1.02

Ключові слова:

безпілотні літальні апарати, бортова електроніка, імпульсні завади, схемотехнічні методи, придушення шуму, фільтрація завад, системи реального часу

Анотація

У бортових електронних системах безпілотних літальних апаратів імпульсні електромагнітні завади є одним з основних чинників, що обмежують надійність і точність роботи навігаційних, сенсорних та керувальних підсистем. Джерелами таких завад є силові електронні перетворювачі, електродвигуни, імпульсні регулятори напруги та комутаційні процеси у бортовій мережі живлення. Імпульсні завади можуть призводити до спотворення сигналів, зниження відношення сигнал/шум та порушення стабільності роботи електронних модулів, особливо в умовах реального часу.

У даній роботі розглянуто схемотехнічні методи зменшення імпульсних завад у бортових електронних системах безпілотних літальних апаратів. Запропоновано підхід до моделювання основних джерел імпульсних завад та їх поширення в електронних колах з урахуванням реальних параметрів компонентів. Проаналізовано ефективність пасивних та активних схем придушення завад, зокрема RC- та LC-фільтрів, активних фільтрів на операційних підсилювачах, а також схем локального розв’язування та стабілізації живлення.

Дослідження виконано з використанням схемотехнічного моделювання, що дозволило оцінити вплив параметрів схем на рівень імпульсних завад, спектральні характеристики шуму та стабільність роботи електронних систем. Отримані результати демонструють можливість суттєвого зменшення амплітуди імпульсних завад і покращення шумових характеристик бортової електроніки БпЛА без збільшення затримок та обчислювальної складності. Запропоновані методи можуть бути використані при проєктуванні надійних і малошумних електронних систем безпілотних літальних апаратів.

Посилання

X. Chang, W. Chen, Y. Yang, K. Wang and X. Yang, Research and realization of a novel active common mode EMI filter, in Proc. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2015, pp. 1941–1945, doi: https://doi.org/10.1109/APEC.2015.7104612.

D. Hamza and P. K. Jain, Conducted EMI noise mitigation in DC DC converters using active filtering method, in IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference (PESC), 2008, doi: https://doi.org/10.1109/PESC.2008.4591923.

C. Y. Zhuang and D. B. Lin, Design compact absorptive common mode noise suppression filter with series unified circuit, Sensors, vol. 23, no. 2, p. 957, Jan. 2023, doi: https://doi.org/10.3390/s23020957.

K. Mainali and R. Oruganti, Conducted EMI mitigation techniques for switch mode power converters: A survey, IEEE Trans. Power Electronics, vol. 25, no. 9, pp. 2344–2356, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2047734.

Y. O. Onikienko, V. V. Pilinsky, P. V. Popovych, V. S. Lazebnyi, O. I. Smolenska and V. S. Baran, Modelling of operation modes and electromagnetic interferences of GaN transistor converters, Electr. Eng. Electromech., no. 3, pp. 37–42, 2020, doi: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2020.3.06.

. Sai Charishma Pathala and V. Y. Jayasree Pappu, “Elimination of CM Noise from SMPS Circuit using EMI Filter,” Int. j. elect. comput. eng. syst., vol. 14, no. 4, pp. 465–471, Apr. 2023. doi: https://doi.org/10.32985/ijeces.14.4.10.

Y. Ma, C. Feng, C. Li, L. Wang, Z. Jia, and J. Chen, “A Precise Design Method of EMI Filter Based on Compound Common-mode and Differential-mode Inductance,” in 2017 2nd Int. Conf. Control, Automat. Artif. Intell. (CAAI 2017), Sanya, China, Jun. 25–26, 2017. Paris, France: Atlantis Press, 2017. doi: https://doi.org/10.2991/caai-17.2017.26.

S. Yu, N. Chen, L. Gao, H. Zhou, and Y. Huang, “Suppressing Conducted DM EMI in an Active Power Filter via Periodic Carrier Frequency Modulation,” Energies, vol. 12, no. 10, p. 1903, May 2019. doi: https://doi.org/10.3390/en12101903.

G. Di Capua, N. Femia, and K. Stoyka, “Design of Differential-Mode Input Filters for DC-DC Switching Regulators,” in 2019 16th Int. Conf. Synthesis, Model., Anal. Simul. Methods Appl. Circuit Des. (SMACD), Lausanne, Switzerland, Jul. 15–18, 2019. IEEE, 2019. doi: https://doi.org/10.1109/smacd.2019.8795273.

R. Goswami and S. Wang, “Modeling and Stability Analysis of Active Differential-Mode EMI Filters for AC/DC Power Converters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 33, no. 12, pp. 10277–10291, Dec. 2018. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2018.2806361.

W. Fan, Y. Shi, and Y. Chen, “A Method for CM EMI Suppression on PFC Converter Using Lossless Snubber with Chaotic Spread Spectrum,” Energies, vol. 16, no. 8, p. 3583, Apr. 2023. doi: https://doi.org/10.3390/en16083583.

B. Narayanasamy and F. Luo, “Design and implementation of a novel differential mode active EMI filter with a twin circuit,” in 2019 IEEE Int. Symp. Electromagn. Compat., Signal Power Integrity (EMC+SIPI), New Orleans, LA, USA, Jul. 22–26, 2019. IEEE, 2019. doi: https://doi.org/10.1109/isemc.2019.8825210.