Otimização de EMC de motor brushless de alta velocidade

1. Causas de EMC e medidas de proteção

Em motores brushless de alta velocidade, os problemas de EMC (compatibilidade eletromagnética) são frequentemente o foco e a maior dificuldade de todo o projeto, e o processo de otimização da EMC consome muito tempo. Portanto, é necessário identificar corretamente as causas da EMC que excedem os padrões e os métodos de otimização correspondentes.

A otimização de EMC parte principalmente de três direções:

• Melhore a fonte de interferência.

No controle de motores brushless de alta velocidade, a principal fonte de interferência é o circuito de acionamento composto por dispositivos de comutação como MOS e IGBT. Sem afetar o desempenho do motor de alta velocidade, reduzir a frequência portadora do microcontrolador, reduzir a velocidade de comutação do transistor de chaveamento e selecionar transistores de chaveamento com parâmetros adequados pode reduzir efetivamente a interferência eletromagnética (EMC).

• Reduzir o caminho de acoplamento da fonte de interferência.

A otimização do roteamento e do layout da placa de circuito impresso (PCBA) pode melhorar efetivamente a compatibilidade eletromagnética (EMC), e o acoplamento entre as linhas causa maior interferência. Especialmente para linhas de sinal de alta frequência, procure evitar que as trilhas formem loops e antenas. Se necessário, aumente a camada de blindagem para reduzir o acoplamento.

• Meios de bloqueio de interferência

Na melhoria da compatibilidade eletromagnética (EMC), os componentes mais comuns são indutâncias e capacitores de diferentes tipos, com parâmetros adequados selecionados para cada tipo de interferência. O capacitor Y e a indutância de modo comum são utilizados para lidar com interferências de modo comum, enquanto o capacitor X é indicado para interferências de modo diferencial. Os anéis magnéticos de indutância também podem ser divididos em anéis de alta frequência e anéis de baixa frequência, sendo necessário o uso simultâneo de ambos os tipos de indutância quando apropriado.

2. Caso de otimização EMC

Na otimização de EMC de um motor brushless de 100.000 rpm da nossa empresa, aqui estão alguns pontos-chave que espero que sejam úteis a todos.

Para que o motor atingisse uma alta velocidade de cem mil rotações, a frequência portadora inicial foi definida em 40 kHz, o dobro da de outros motores. Nesse caso, outros métodos de otimização não conseguiram melhorar efetivamente a EMC. A frequência foi reduzida para 30 kHz e o número de ciclos de chaveamento do MOS foi reduzido em 1/3 antes que se observasse uma melhoria significativa. Ao mesmo tempo, constatou-se que o Trr (tempo de recuperação reversa) do diodo reverso do MOS impactava a EMC, e um MOS com um tempo de recuperação reversa mais rápido foi selecionado. Os dados do teste são mostrados na figura abaixo. A margem de 500 kHz a 1 MHz aumentou em cerca de 3 dB e a forma de onda do pico foi suavizada.

Devido ao layout especial da placa de circuito impresso (PCBA), existem duas linhas de alimentação de alta tensão que precisam ser agrupadas com outras linhas de sinal. Após a substituição da linha de alta tensão por um par trançado, a interferência mútua entre os condutores é muito menor. Os dados do teste são mostrados na figura abaixo, e a margem de 24 MHz aumentou em cerca de 3 dB:

Neste caso, são utilizados dois indutores de modo comum. Um deles é um anel magnético de baixa frequência, com indutância de aproximadamente 50 mH, que melhora significativamente a compatibilidade eletromagnética (EMC) na faixa de 500 kHz a 2 MHz. O outro é um anel magnético de alta frequência, com indutância de aproximadamente 60 µH, que melhora significativamente a EMC na faixa de 30 MHz a 50 MHz.

Os dados de teste do anel magnético de baixa frequência são mostrados na figura abaixo, e a margem geral foi aumentada em 2dB na faixa de 300KHZ~30MHZ:

Os dados de teste do anel magnético de alta frequência são mostrados na figura abaixo, e a margem foi aumentada em mais de 10dB:

Espero que todos possam trocar opiniões e fazer um brainstorming sobre a otimização de EMC, e encontrar a melhor solução em testes contínuos.