OPTYMALIZACJA EMC BEZSZCZOTKOWEGO SILNIKA SZYBKOOBROTOWEGO

1. Przyczyny EMC i środki ochronne

W przypadku szybkoobrotowych silników bezszczotkowych problemy z kompatybilnością elektromagnetyczną (EMC) często stanowią główny problem i stanowią trudność całego projektu, a proces optymalizacji całego systemu EMC zajmuje dużo czasu. Dlatego najpierw należy prawidłowo rozpoznać przyczyny przekroczenia norm EMC i zastosować odpowiednie metody optymalizacji.

Optymalizacja EMC zaczyna się głównie w trzech kierunkach:

• Popraw źródło zakłóceń

W sterowaniu szybkimi silnikami bezszczotkowymi, najważniejszym źródłem zakłóceń jest obwód sterujący złożony z elementów przełączających, takich jak tranzystory MOS i IGBT. Bez wpływu na wydajność silnika, zmniejszenie częstotliwości nośnej mikrokontrolera, zmniejszenie szybkości przełączania tranzystora przełączającego oraz dobór tranzystora przełączającego o odpowiednich parametrach może skutecznie ograniczyć zakłócenia EMC.

• Zmniejszenie ścieżki sprzężenia źródła zakłóceń

Optymalizacja trasowania i układu PCBA może skutecznie poprawić kompatybilność elektromagnetyczną (EMC), a sprzężenie linii ze sobą będzie powodować większe zakłócenia. Szczególnie w przypadku linii sygnałowych o wysokiej częstotliwości, należy unikać ścieżek tworzących pętle i ścieżek tworzących anteny. W razie potrzeby można zwiększyć grubość warstwy ekranującej, aby zmniejszyć sprzężenie.

• Sposoby blokowania zakłóceń

Najczęściej stosowanym sposobem poprawy EMC jest stosowanie różnych typów indukcyjności i kondensatorów, a odpowiednie parametry dobiera się w zależności od rodzaju zakłóceń. Kondensator Y i indukcyjność trybu wspólnego służą do interferencji trybu wspólnego, a kondensator X do interferencji trybu różnicowego. Pierścień magnetyczny indukcyjności dzieli się również na pierścień magnetyczny wysokiej częstotliwości i pierścień magnetyczny niskiej częstotliwości, a w razie potrzeby konieczne jest jednoczesne dodanie dwóch rodzajów indukcyjności.

2. Przypadek optymalizacji EMC

Poniżej przedstawiam kilka kluczowych punktów dotyczących optymalizacji EMC bezszczotkowego silnika naszej firmy o prędkości 100 000 obr./min., które mam nadzieję, będą pomocne dla wszystkich.

Aby silnik osiągnął wysoką prędkość stu tysięcy obrotów, początkowa częstotliwość nośna została ustawiona na 40 kHz, co stanowi wartość dwukrotnie wyższą niż w przypadku innych silników. W tym przypadku inne metody optymalizacji nie były w stanie skutecznie poprawić EMC. Częstotliwość została zmniejszona do 30 kHz, a liczba czasów przełączania tranzystorów MOS została skrócona o 1/3, zanim nastąpiła znacząca poprawa. Jednocześnie stwierdzono, że Trr (czas powrotu do stanu wyjściowego) diody zaporowej tranzystora MOS ma wpływ na EMC, dlatego wybrano tranzystor MOS o krótszym czasie powrotu do stanu wyjściowego. Dane testowe przedstawiono na poniższym rysunku. Margines 500 kHz–1 MHz zwiększył się o około 3 dB, a przebieg pików został spłaszczony:

Ze względu na specjalny układ PCBA, występują dwie linie wysokiego napięcia, które należy połączyć z innymi liniami sygnałowymi. Po wymianie linii wysokiego napięcia na skrętkę, wzajemne zakłócenia między przewodami są znacznie mniejsze. Dane testowe są takie, jak pokazano na poniższym rysunku, a margines 24 MHz wzrósł o około 3 dB:

W tym przypadku zastosowano dwa induktory sygnału wspólnego, z których jeden to pierścień magnetyczny niskiej częstotliwości o indukcyjności około 50 mH, co znacząco poprawia EMC w zakresie 500 kHz–2 MHz. Drugi to pierścień magnetyczny wysokiej częstotliwości o indukcyjności około 60 uH, co znacząco poprawia EMC w zakresie 30 MHz–50 MHz.

Dane testowe pierścienia magnetycznego o niskiej częstotliwości pokazano na poniższym rysunku, przy czym całkowity margines zwiększono o 2 dB w zakresie 300 kHz~30 MHz:

Dane testowe pierścienia magnetycznego o wysokiej częstotliwości pokazano na poniższym rysunku, przy czym margines zwiększono o ponad 10 dB:

Mam nadzieję, że wszyscy będą mogli wymienić się opiniami i wymienić pomysłami na temat optymalizacji EMC oraz znaleźć najlepsze rozwiązanie poprzez ciągłe testowanie.