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

1. Nguyên nhân gây ra EMC và các biện pháp bảo vệ

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

Tối ưu hóa EMC chủ yếu bắt đầu từ ba hướng:

• Cải thiện nguồn 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. Việc giảm tần số sóng mang MCU, giảm tốc độ chuyển mạch của ống chuyển mạch và lựa chọn ống chuyển mạch với các thông số phù hợp có thể giảm nhiễu EMC hiệu quả mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ tốc độ cao.

• Giảm đường dẫn ghép nối của nguồn nhiễu

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

• Phương tiện ngăn chặn nhiễu

Các loại cuộn cảm và tụ điện thường được sử dụng nhất trong cải thiện EMC, và các thông số phù hợp được lựa chọn cho các loại nhiễu khác nhau. Tụ điện Y và cuộn cảm chế độ chung dùng cho nhiễu chế độ chung, còn tụ điện X dùng cho nhiễu chế độ vi sai. Vòng từ cảm cũng được chia thành vòng từ tần số cao và vòng từ tần số thấp, và hai loại cuộn cảm cần được bổ sung đồng thời 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, sau đây là một số điểm chính mà tôi hy vọng sẽ hữu ích cho mọi người.

Để động cơ đạt tốc độ cao một trăm nghìn vòng quay, tần số sóng mang ban đầu được đặt ở mức 40KHZ, cao gấp đôi so với các động cơ khác. Trong trường hợp này, các phương pháp tối ưu hóa khác không thể cải thiện EMC hiệu quả. Tần số được giảm xuống còn 30KHZ và số lần chuyển mạch MOS giảm 1/3 trước khi có sự cải thiện đáng kể. Đồng thời, người ta phát hiện ra rằng Trr (thời gian phục hồi ngược) của diode ngược của MOS có tác động 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 bên dưới. Biên độ 500KHZ~1MHZ đã tăng khoảng 3dB và dạng sóng nhọn đã được làm phẳng:

Do cách bố trí đặc biệt của PCBA, cần phải bó hai đường dây điện cao thế với các đường dây tín hiệu khác. Sau khi đường dây cao thế được chuyển sang cặp xoắn, nhiễu lẫn nhau giữa các dây dẫn nhỏ hơn nhiều. Dữ liệu thử nghiệm được thể hiện như hình dưới đây, biên độ 24MHz đã tăng khoảng 3dB:

Trong trường hợp này, hai cuộn cảm chế độ chung được sử dụng, một là vòng từ tần số thấp, có độ tự cảm khoảng 50mH, giúp cải thiện đáng kể EMC trong phạm vi 500KHZ~2MHZ. Cuộn cảm còn lại là vòng từ tần số cao, có độ tự cảm khoảng 60uH, giúp cải thiện đáng kể EMC trong phạm vi 30MHZ~50MHZ.

Dữ liệu thử nghiệm của vòng từ tần số thấp được hiển thị trong hình bên dưới và biên độ tổng thể tăng thêm 2dB trong phạm vi 300KHZ~30MHZ:

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

Tôi hy vọng mọi người có thể trao đổi ý kiến và cùng nhau thảo luận về cách tối ưu hóa EMC và tìm ra giải pháp tốt nhất trong quá trình thử nghiệm liên tục.