1. Причины электромагнитной совместимости и меры защиты.
В высокоскоростных бесщеточных двигателях проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) часто являются предметом пристального внимания и представляют собой сложную задачу для всего проекта, а процесс оптимизации всей системы ЭМС занимает много времени. Поэтому необходимо в первую очередь правильно определить причины превышения стандартов ЭМС и соответствующие методы оптимизации.
Оптимизация электромагнитной совместимости начинается, главным образом, с трех направлений:
- Улучшить источник помех
При управлении высокоскоростными бесщеточными двигателями наиболее важным источником помех является схема управления, состоящая из переключающих устройств, таких как MOS и IGBT. Для эффективного снижения электромагнитной совместимости (ЭМС) без ущерба для характеристик высокоскоростного двигателя можно уменьшить несущую частоту микроконтроллера, снизить скорость переключения транзисторов и выбрать транзисторы с соответствующими параметрами.
- Сокращение пути связи источника помех
Оптимизация трассировки и компоновки печатной платы может эффективно улучшить электромагнитную совместимость, а связь между линиями приводит к усилению помех. Особенно для высокочастотных сигнальных линий следует избегать образования петель и антенн на дорожках. При необходимости можно увеличить экранирующий слой для уменьшения связи.
- Способы блокировки помех
В целях повышения электромагнитной совместимости наиболее часто используются различные типы индуктивностей и конденсаторов, а подходящие параметры выбираются для различных типов помех. Y-конденсатор и индуктивность синфазного режима предназначены для подавления синфазных помех, а X-конденсатор — для подавления дифференциальных помех. Индуктивное магнитное кольцо также делится на высокочастотное и низкочастотное, и при необходимости необходимо одновременно использовать два типа индуктивностей.
2. Пример оптимизации ЭМС
В рамках оптимизации электромагнитной совместимости (ЭМС) бесщеточного двигателя нашей компании со скоростью вращения 100 000 об/мин, я надеюсь, что следующие ключевые моменты будут полезны всем.
Для достижения высокой скорости вращения двигателя в сто тысяч оборотов начальная несущая частота установлена на уровне 40 кГц, что вдвое выше, чем у других двигателей. В этом случае другие методы оптимизации не смогли эффективно улучшить электромагнитную совместимость (ЭМС). Частота была снижена до 30 кГц, а количество переключений МОП-транзисторов уменьшено на 1/3, прежде чем было достигнуто существенное улучшение. В то же время было обнаружено, что время обратного восстановления (Trr) обратного диода МОП-транзистора влияет на ЭМС, и был выбран МОП-транзистор с более быстрым временем обратного восстановления. Данные испытаний показаны на рисунке ниже. Запас в диапазоне 500 кГц ~ 1 МГц увеличился примерно на 3 дБ, а форма пикового сигнала выровнялась:
Из-за особенностей компоновки печатной платы, имеются две высоковольтные линии питания, которые необходимо объединить с другими сигнальными линиями. После замены высоковольтных линий на витую пару взаимные помехи между проводами значительно уменьшаются. Результаты испытаний показаны на рисунке ниже, и 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 электромагнитную совместимость в диапазоне 500 кГц ~ 2 МГц. Другой — высокочастотное магнитное кольцо с индуктивностью около 60 мкГн, что значительно улучшает электромагнитную совместимость в диапазоне 30 МГц ~ 50 МГц.
На рисунке ниже показаны результаты испытаний низкочастотного магнитного кольца, при этом общий запас по уровню сигнала увеличен на 2 дБ в диапазоне 300 кГц ~ 30 МГц:
На рисунке ниже показаны результаты испытаний высокочастотного магнитного кольца, при этом запас прочности увеличен более чем на 10 дБ:
Надеюсь, все смогут обменяться мнениями и обсудить вопросы оптимизации ЭМС, а также найти оптимальное решение в рамках непрерывного тестирования.
Дата публикации: 07.06.2023