OPTIMIZACIÓN DE LA COMPATIBILIDAD ELECTRÓNICA DE UN MOTOR SIN ESCOBILLAS DE ALTA VELOCIDAD

1. Causas de la EMC y medidas de protección

En los motores sin escobillas de alta velocidad, los problemas de compatibilidad electromagnética (CEM) suelen ser el foco principal y la mayor dificultad del proyecto, y el proceso de optimización de la CEM requiere mucho tiempo. Por lo tanto, es fundamental identificar correctamente las causas de que la CEM supere el estándar y aplicar los métodos de optimización correspondientes.

La optimización de la compatibilidad electromagnética (CEM) parte principalmente de tres direcciones:

• Mejorar la fuente de interferencia

En el control de motores sin escobillas de alta velocidad, la principal fuente de interferencia es el circuito de control, compuesto por transistores de conmutación como MOS e IGBT. Sin afectar el rendimiento del motor, reducir la frecuencia portadora del microcontrolador, disminuir la velocidad de conmutación del transistor y seleccionar transistores con parámetros adecuados puede reducir eficazmente la interferencia electromagnética.

• Reducción de la trayectoria de acoplamiento de la fuente de interferencia

La optimización del enrutamiento y la disposición de las placas de circuito impreso (PCBA) puede mejorar eficazmente la compatibilidad electromagnética (EMC), y el acoplamiento entre líneas provocará una mayor interferencia. En particular, para las líneas de señal de alta frecuencia, se debe evitar que las pistas formen bucles o antenas. Si es necesario, se puede aumentar la capa de blindaje para reducir el acoplamiento.

• Medios para bloquear la interferencia

Para mejorar la compatibilidad electromagnética (CEM), se suelen utilizar diversos tipos de inductancias y capacitores, seleccionando los parámetros adecuados para cada tipo de interferencia. El capacitor Y y la inductancia de modo común se emplean para la interferencia de modo común, mientras que el capacitor X se utiliza para la interferencia de modo diferencial. El anillo magnético inductante también se divide en un anillo magnético de alta frecuencia y un anillo magnético de baja frecuencia, y, cuando sea necesario, se deben añadir ambos tipos de inductancias simultáneamente.

2. Caso de optimización de EMC

En la optimización de la compatibilidad electromagnética (CEM) de un motor sin escobillas de 100.000 rpm de nuestra empresa, a continuación se presentan algunos puntos clave que espero sean de utilidad para todos.

Para que el motor alcance una alta velocidad de cien mil revoluciones, la frecuencia portadora inicial se ajusta a 40 kHz, el doble que la de otros motores. En este caso, otros métodos de optimización no han logrado mejorar la compatibilidad electromagnética (CEM). Se reduce la frecuencia a 30 kHz y el número de ciclos de conmutación del MOS a un tercio antes de obtener una mejora significativa. Al mismo tiempo, se descubrió que el tiempo de recuperación inversa (Trr) del diodo inverso del MOS influye en la CEM, por lo que se seleccionó un MOS con un tiempo de recuperación inversa más rápido. Los datos de la prueba se muestran en la figura siguiente. El margen de 500 kHz a 1 MHz ha aumentado aproximadamente 3 dB y la forma de onda del pico se ha aplanado.

Debido a la disposición especial de la placa de circuito impreso (PCBA), hay dos líneas de alimentación de alto voltaje que deben agruparse con otras líneas de señal. Tras sustituir la línea de alto voltaje por un par trenzado, la interferencia mutua entre los conductores se reduce considerablemente. Los datos de la prueba se muestran en la figura siguiente, donde se observa un aumento de aproximadamente 3 dB en el margen de 24 MHz.

En este caso, se utilizan dos inductores de modo común: uno es un anillo magnético de baja frecuencia, con una inductancia de aproximadamente 50 mH, que mejora significativamente la compatibilidad electromagnética (CEM) en el rango de 500 kHz a 2 MHz; el otro es un anillo magnético de alta frecuencia, con una inductancia de aproximadamente 60 μH, que mejora significativamente la CEM en el rango de 30 MHz a 50 MHz.

Los datos de prueba del anillo magnético de baja frecuencia se muestran en la figura siguiente, y el margen general aumenta en 2 dB en el rango de 300 kHz a 30 MHz:

Los datos de prueba del anillo magnético de alta frecuencia se muestran en la siguiente figura, y el margen se incrementó en más de 10 dB:

Espero que todos puedan intercambiar opiniones y generar ideas sobre la optimización de EMC, y encontrar la mejor solución mediante pruebas continuas.