1. Cause di compatibilità elettromagnetica e misure di protezione
Nei motori brushless ad alta velocità, i problemi di compatibilità elettromagnetica (EMC) rappresentano spesso il punto focale e la difficoltà principale dell'intero progetto, e il processo di ottimizzazione dell'EMC richiede molto tempo. Pertanto, è fondamentale individuare correttamente le cause del superamento dei limiti di EMC e definire i relativi metodi di ottimizzazione.
L'ottimizzazione della compatibilità elettromagnetica (EMC) parte principalmente da tre direzioni:
- Migliorare la fonte di interferenza
Nel controllo dei motori brushless ad alta velocità, la principale fonte di interferenza è il circuito di pilotaggio composto da dispositivi di commutazione come MOS e IGBT. Senza compromettere le prestazioni del motore ad alta velocità, è possibile ridurre efficacemente le interferenze elettromagnetiche riducendo la frequenza portante del microcontrollore, diminuendo la velocità di commutazione del transistor e selezionando quest'ultimo con parametri appropriati.
- Riduzione del percorso di accoppiamento della sorgente di interferenza
L'ottimizzazione del routing e del layout del PCBA può migliorare efficacemente la compatibilità elettromagnetica (EMC), poiché l'accoppiamento tra le linee può causare maggiori interferenze. In particolare, per le linee di segnale ad alta frequenza, è consigliabile evitare la formazione di anelli e di antenne tra le tracce. Se necessario, è possibile aumentare lo strato di schermatura per ridurre l'accoppiamento.
- Mezzi per bloccare le interferenze
I componenti più comunemente utilizzati per migliorare la compatibilità elettromagnetica (EMC) sono vari tipi di induttanze e condensatori, e i parametri più adatti vengono selezionati in base alle diverse interferenze. Il condensatore Y e l'induttanza di modo comune sono utilizzati per le interferenze di modo comune, mentre il condensatore X è utilizzato per le interferenze di modo differenziale. L'anello magnetico induttivo si suddivide inoltre in un anello magnetico ad alta frequenza e un anello magnetico a bassa frequenza, e quando necessario è opportuno sommare entrambi i tipi di induttanza contemporaneamente.
2. Caso di ottimizzazione EMC
Nell'ambito dell'ottimizzazione EMC di un motore brushless da 100.000 giri/min della nostra azienda, ecco alcuni punti chiave che spero saranno utili a tutti.
Per far sì che il motore raggiunga un'elevata velocità di centomila giri, la frequenza portante iniziale è stata impostata a 40 kHz, il doppio rispetto ad altri motori. In questo caso, altri metodi di ottimizzazione non sono stati in grado di migliorare efficacemente la compatibilità elettromagnetica (EMC). La frequenza è stata ridotta a 30 kHz e il numero di cicli di commutazione del MOS è stato ridotto di 1/3 prima di ottenere un miglioramento significativo. Allo stesso tempo, si è scoperto che il Trr (tempo di recupero inverso) del diodo inverso del MOS ha un impatto sulla compatibilità elettromagnetica, ed è stato selezionato un MOS con un tempo di recupero inverso più rapido. I dati del test sono mostrati nella figura seguente. Il margine di 500 kHz~1 MHz è aumentato di circa 3 dB e la forma d'onda del picco è stata appiattita.
A causa della particolare configurazione del PCBA, sono presenti due linee di alimentazione ad alta tensione che devono essere raggruppate con altre linee di segnale. Dopo aver trasformato le linee ad alta tensione in una coppia intrecciata, l'interferenza reciproca tra i conduttori risulta notevolmente ridotta. I dati del test sono riportati nella figura seguente e il margine a 24 MHz è aumentato di circa 3 dB:
In questo caso, vengono utilizzati due induttori di modo comune, uno dei quali è un anello magnetico a bassa frequenza, con un'induttanza di circa 50 mH, che migliora significativamente la compatibilità elettromagnetica (EMC) nell'intervallo 500 kHz~2 MHz. L'altro è un anello magnetico ad alta frequenza, con un'induttanza di circa 60 μH, che migliora significativamente la compatibilità elettromagnetica (EMC) nell'intervallo 30 MHz~50 MHz.
Nella figura seguente sono riportati i dati di test dell'anello magnetico a bassa frequenza, e il margine complessivo risulta aumentato di 2 dB nell'intervallo 300 kHz~30 MHz:
I dati di prova dell'anello magnetico ad alta frequenza sono mostrati nella figura sottostante, e il margine è aumentato di oltre 10 dB:
Spero che tutti possano scambiarsi opinioni e idee sull'ottimizzazione della compatibilità elettromagnetica, e trovare la soluzione migliore attraverso test continui.
Data di pubblicazione: 7 giugno 2023