การเพิ่มประสิทธิภาพ EMC ของมอเตอร์ไร้แปรงถ่านความเร็วสูง

1. สาเหตุของ EMC และมาตรการป้องกัน

ในมอเตอร์ไร้แปรงถ่านความเร็วสูง ปัญหา EMC มักเป็นจุดสนใจและความยากลำบากของโครงการทั้งหมด และกระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพ EMC โดยรวมนั้นใช้เวลานานมาก ดังนั้น เราจึงจำเป็นต้องระบุสาเหตุที่ทำให้ EMC เกินมาตรฐานและวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องให้ถูกต้องก่อน

การเพิ่มประสิทธิภาพ EMC เริ่มต้นจากสามทิศทางหลักๆ ดังนี้:

• ปรับปรุงแหล่งที่มาของการรบกวน

ในการควบคุมมอเตอร์ไร้แปรงถ่านความเร็วสูง แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนที่สำคัญที่สุดคือวงจรขับที่ประกอบด้วยอุปกรณ์สวิตช์ เช่น MOS และ IGBT การลดความถี่พาหะของ MCU การลดความเร็วในการสวิตช์ของทรานซิสเตอร์ และการเลือกทรานซิสเตอร์ที่มีพารามิเตอร์ที่เหมาะสม สามารถลดการรบกวน EMC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์ความเร็วสูง

• ลดระยะทางการเชื่อมต่อของแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน

การปรับปรุงการเดินสายและการจัดวาง PCBA สามารถปรับปรุง EMC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และการที่สายต่างๆ เกี่ยวพันกันจะทำให้เกิดการรบกวนมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสายสัญญาณความถี่สูง ควรพยายามหลีกเลี่ยงการเดินสายที่วนเป็นวงและเดินสายที่ก่อให้เกิดเสาอากาศ หากจำเป็นสามารถเพิ่มชั้นฉนวนเพื่อลดการเกี่ยวพันกันได้

• วิธีการป้องกันการรบกวน

ในการปรับปรุง EMC นั้น สิ่งที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุชนิดต่างๆ โดยจะเลือกพารามิเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับการรบกวนที่แตกต่างกัน ตัวเก็บประจุ Y และตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วมใช้สำหรับการรบกวนโหมดร่วม และตัวเก็บประจุ X ใช้สำหรับการรบกวนโหมดต่าง ตัวเหนี่ยวนำวงแหวนแม่เหล็กยังแบ่งออกเป็นวงแหวนแม่เหล็กความถี่สูงและวงแหวนแม่เหล็กความถี่ต่ำ และจำเป็นต้องเพิ่มตัวเหนี่ยวนำทั้งสองชนิดพร้อมกันเมื่อจำเป็น

2. กรณีศึกษาการปรับปรุงประสิทธิภาพ EMC

ในการปรับปรุงประสิทธิภาพ EMC ของมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน 100,000 รอบต่อนาทีของบริษัทเรา มีประเด็นสำคัญบางประการที่ผมหวังว่าจะเป็นประโยชน์ต่อทุกท่าน

เพื่อให้มอเตอร์หมุนด้วยความเร็วสูงถึงหนึ่งแสนรอบต่อนาที ความถี่พาหะเริ่มต้นจึงถูกตั้งไว้ที่ 40 kHz ซึ่งสูงกว่ามอเตอร์อื่นๆ ถึงสองเท่า ในกรณีนี้ วิธีการปรับแต่งอื่นๆ ไม่สามารถปรับปรุง EMC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงลดความถี่ลงเหลือ 30 kHz และลดจำนวนครั้งการสลับของ MOS ลง 1/3 จึงจะเห็นการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะเดียวกัน พบว่า Trr (เวลาการฟื้นตัวย้อนกลับ) ของไดโอดย้อนกลับของ MOS มีผลต่อ EMC จึงเลือกใช้ MOS ที่มีเวลาการฟื้นตัวย้อนกลับที่เร็วกว่า ข้อมูลการทดสอบแสดงดังรูปด้านล่าง ค่าความคลาดเคลื่อนในช่วง 500 kHz ถึง 1 MHz เพิ่มขึ้นประมาณ 3 dB และรูปคลื่นสไปค์ก็แบนราบลง

เนื่องจากโครงสร้างพิเศษของแผงวงจรพิมพ์ (PCBA) จึงมีสายไฟแรงสูงสองเส้นที่ต้องรวมเข้ากับสายสัญญาณอื่นๆ หลังจากเปลี่ยนสายไฟแรงสูงเป็นสายคู่บิดเกลียวแล้ว การรบกวนระหว่างสายไฟจะลดลงอย่างมาก ข้อมูลการทดสอบแสดงดังรูปด้านล่าง และค่าความคลาดเคลื่อน 24MHz เพิ่มขึ้นประมาณ 3dB:

ในกรณีนี้ ใช้ตัวเหนี่ยวนำแบบคอมมอนโหมดสองตัว ตัวหนึ่งเป็นวงแหวนแม่เหล็กความถี่ต่ำ มีค่าความเหนี่ยวนำประมาณ 50 มิลลิเฮนรี ซึ่งช่วยปรับปรุงค่า EMC อย่างมีนัยสำคัญในช่วงความถี่ 500 กิโลเฮิร์ตซ์ถึง 2 เมกะเฮิร์ตซ์ ส่วนตัวที่สองเป็นวงแหวนแม่เหล็กความถี่สูง มีค่าความเหนี่ยวนำประมาณ 60 ไมโครเฮนรี ซึ่งช่วยปรับปรุงค่า EMC อย่างมีนัยสำคัญในช่วงความถี่ 30 เมกะเฮิร์ตซ์ถึง 50 เมกะเฮิร์ตซ์

ข้อมูลการทดสอบของวงแหวนแม่เหล็กความถี่ต่ำแสดงอยู่ในรูปด้านล่าง และค่าความคลาดเคลื่อนโดยรวมเพิ่มขึ้น 2dB ในช่วงความถี่ 300KHZ~30MHZ:

ข้อมูลการทดสอบของวงแหวนแม่เหล็กความถี่สูงแสดงอยู่ในรูปด้านล่าง และค่าความคลาดเคลื่อนเพิ่มขึ้นมากกว่า 10dB:

ผมหวังว่าทุกคนจะได้แลกเปลี่ยนความคิดเห็นและระดมสมองเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพ EMC และค้นหาทางออกที่ดีที่สุดในการทดสอบอย่างต่อเนื่อง