TỐI ƯU HÓA EMC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG CHỔI THAN TỐC ĐỘ CAO

1. Nguyên nhân gây nhiễu điện từ và các biện pháp bảo vệ

Trong các động cơ không chổi than tốc độ cao, các vấn đề về tương thích điện từ (EMC) thường là trọng tâm và khó khăn của toàn bộ dự án, và quá trình tối ưu hóa EMC toàn diện tốn rất nhiều thời gian. Do đó, trước tiên chúng ta cần nhận diện chính xác nguyên nhân khiến EMC vượt quá tiêu chuẩn và các phương pháp tối ưu hóa tương ứng.

Việc tối ưu hóa EMC chủ yếu bắt đầu từ ba hướng:

• Cải thiện nguồn gây nhiễu

Trong điều khiển động cơ không chổi than tốc độ cao, nguồn nhiễu quan trọng nhất là mạch điều khiển bao gồm các thiết bị chuyển mạch như MOS và IGBT. Không ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ tốc độ cao, việc giảm tần số sóng mang của MCU, giảm tốc độ chuyển mạch của ống chuyển mạch và lựa chọn ống chuyển mạch có thông số phù hợp có thể giảm thiểu nhiễu điện từ một cách hiệu quả.

• Giảm thiểu đường dẫn ghép nối của nguồn nhiễu.

Tối ưu hóa định tuyến và bố trí PCBA có thể cải thiện hiệu quả khả năng tương thích điện từ (EMC), và việc ghép nối các đường tín hiệu với nhau sẽ gây ra nhiễu lớn hơn. Đặc biệt đối với các đường tín hiệu tần số cao, hãy cố gắng tránh các đường mạch tạo thành vòng lặp và các đường mạch tạo thành ăng-ten. Nếu cần thiết, có thể tăng lớp chắn để giảm sự ghép nối.

• Các biện pháp ngăn chặn nhiễu

Các thành phần được sử dụng phổ biến nhất trong cải thiện khả năng tương thích điện từ (EMC) là các loại cuộn cảm và tụ điện khác nhau, và các thông số phù hợp được lựa chọn cho các loại nhiễu khác nhau. Tụ điện Y và cuộn cảm chế độ chung được sử dụng cho nhiễu chế độ chung, còn tụ điện X được sử dụng cho nhiễu chế độ vi sai. Vòng từ cuộn cảm cũng được chia thành vòng từ tần số cao và vòng từ tần số thấp, và cần phải thêm đồng thời hai loại cuộn cảm khi cần thiết.

2. Trường hợp tối ưu hóa EMC

Trong quá trình tối ưu hóa EMC cho động cơ không chổi than 100.000 vòng/phút của công ty chúng tôi, dưới đây là một số điểm chính mà tôi hy vọng sẽ hữu ích cho mọi người.

Để động cơ đạt được tốc độ cao 100.000 vòng/phút, tần số sóng mang ban đầu được đặt ở mức 40kHz, gấp đôi so với các động cơ khác. Trong trường hợp này, các phương pháp tối ưu hóa khác không thể cải thiện hiệu quả khả năng tương thích điện từ (EMC). Tần số được giảm xuống 30kHz và số chu kỳ chuyển mạch của MOS được giảm đi 1/3 trước khi có sự cải thiện đáng kể. Đồng thời, người ta nhận thấy rằng thời gian phục hồi ngược (Trr) của diode ngược của MOS có ảnh hưởng đến EMC, và một MOS có thời gian phục hồi ngược nhanh hơn đã được lựa chọn. Dữ liệu thử nghiệm được thể hiện trong hình dưới đây. Biên độ dao động từ 500kHz đến 1MHz đã tăng khoảng 3dB và dạng sóng xung đã được làm phẳng:

Do bố cục đặc biệt của PCBA, có hai đường dây nguồn cao áp cần được bó chung với các đường dây tín hiệu khác. Sau khi thay đổi đường dây cao áp thành dây xoắn đôi, sự nhiễu lẫn nhau giữa các dây dẫn giảm đi đáng kể. Dữ liệu thử nghiệm được thể hiện trong hình dưới đây, và biên độ 24MHz đã tăng khoảng 3dB:

Trong trường hợp này, hai cuộn cảm chế độ chung được sử dụng, một trong số đó là vòng từ tính tần số thấp, với độ tự cảm khoảng 50mH, giúp cải thiện đáng kể khả năng tương thích điện từ (EMC) trong dải tần 500kHz~2MHz. Cuộn cảm còn lại là vòng từ tính tần số cao, với độ tự cảm khoảng 60uH, giúp cải thiện đáng kể khả năng tương thích điện từ (EMC) trong dải tần 30MHz~50MHz.

Dữ liệu thử nghiệm của vòng từ tần số thấp được thể hiện trong hình dưới đây, và biên độ tổng thể được tăng thêm 2dB trong dải tần 300KHZ~30MHZ:

Dữ liệu thử nghiệm của vòng từ tần số cao được thể hiện trong hình dưới đây, và biên độ được tăng lên hơn 10dB:

Tôi hy vọng mọi người có thể trao đổi ý kiến ​​và cùng nhau động não về việc tối ưu hóa EMC, và tìm ra giải pháp tốt nhất trong quá trình kiểm thử liên tục.