1. Причины возникновения ЭМС и меры защиты
В высокоскоростных бесщёточных двигателях проблемы ЭМС часто являются основной проблемой и источником проблем во всём проекте, а процесс оптимизации всей ЭМС занимает много времени. Поэтому необходимо сначала правильно определить причины превышения нормативных показателей ЭМС и определить соответствующие методы оптимизации.
Оптимизация ЭМС в основном начинается с трех направлений:
- Улучшить источник помех
При управлении высокоскоростными бесщёточными двигателями наиболее важным источником помех является схема управления, состоящая из коммутационных устройств, таких как МОП-транзисторы и IGBT-транзисторы. Снижение несущей частоты микроконтроллера, уменьшение скорости переключения транзистора и выбор транзистора с соответствующими параметрами позволяют эффективно снизить электромагнитные помехи, не влияя на производительность высокоскоростного двигателя.
- Уменьшение пути связи источника помех
Оптимизация трассировки и компоновки печатных плат может эффективно улучшить электромагнитную совместимость, а взаимное влияние линий может привести к увеличению помех. Особенно для высокочастотных сигнальных линий, старайтесь избегать образования петель и антенн. При необходимости можно увеличить слой экранирования для уменьшения помех.
- Средства блокировки помех
Для повышения ЭМС чаще всего используются различные типы индуктивностей и конденсаторов, параметры которых подбираются в зависимости от типа помех. Конденсатор Y и синфазная индуктивность предназначены для подавления синфазных помех, а конденсатор X — для подавления дифференциальных помех. Индуктивное магнитное кольцо также подразделяется на высокочастотное и низкочастотное магнитное кольцо, и при необходимости два типа индуктивностей следует добавлять одновременно.
2. Случай оптимизации ЭМС
В части оптимизации ЭМС бесщёточного двигателя нашей компании со скоростью вращения 100 000 об/мин есть несколько ключевых моментов, которые, я надеюсь, будут полезны всем.
Чтобы двигатель достиг высокой скорости в сто тысяч оборотов, начальная несущая частота установлена на 40 кГц, что вдвое выше, чем у других двигателей. В данном случае другие методы оптимизации не смогли эффективно улучшить ЭМС. Частота была снижена до 30 кГц, а количество переключений МОП-транзистора сокращено на 1/3, прежде чем было достигнуто значительное улучшение. В то же время было обнаружено, что время обратного восстановления (Trr) обратного диода МОП-транзистора влияет на ЭМС, поэтому был выбран МОП-транзистор с более быстрым временем обратного восстановления. Результаты испытаний представлены на рисунке ниже. Запас по частоте 500 кГц ~ 1 МГц увеличился примерно на 3 дБ, а пиковая форма сигнала стала более плоской:
Из-за особой компоновки печатной платы необходимо объединить две высоковольтные линии питания с другими сигнальными линиями. После замены высоковольтной линии на витую пару взаимные помехи между проводами значительно уменьшаются. Результаты испытаний представлены на рисунке ниже, а запас по частоте 24 МГц увеличился примерно на 3 дБ:
В данном случае используются два синфазных индуктора, один из которых представляет собой низкочастотное магнитное кольцо с индуктивностью около 50 мГн, что значительно улучшает ЭМС в диапазоне 500 кГц ~ 2 МГц. Другой — высокочастотное магнитное кольцо с индуктивностью около 60 мкГн, что значительно улучшает ЭМС в диапазоне 30 МГц ~ 50 МГц.
Данные испытаний низкочастотного магнитного кольца показаны на рисунке ниже, а общий запас увеличивается на 2 дБ в диапазоне 300 кГц~30 МГц:
Данные испытаний высокочастотного магнитного кольца показаны на рисунке ниже, а запас увеличен более чем на 10 дБ:
Надеюсь, все смогут обменяться мнениями и провести мозговой штурм по оптимизации ЭМС, а также найти наилучшее решение в процессе непрерывного тестирования.
Время публикации: 07 июня 2023 г.