EMV-Optimierung eines bürstenlosen Hochgeschwindigkeitsmotors

1. Ursachen von EMV und Schutzmaßnahmen

Bei schnelllaufenden bürstenlosen Motoren stehen EMV-Probleme oft im Mittelpunkt und stellen die größte Herausforderung des gesamten Projekts dar, und die Optimierung der EMV ist sehr zeitaufwendig. Daher ist es zunächst unerlässlich, die Ursachen für die Überschreitung der EMV-Grenzwerte und die entsprechenden Optimierungsmethoden korrekt zu identifizieren.

Die EMV-Optimierung geht im Wesentlichen von drei Richtungen aus:

• Verbessern Sie die Störquelle

Bei der Ansteuerung von bürstenlosen Hochgeschwindigkeitsmotoren ist die Ansteuerschaltung mit Schaltelementen wie MOSFETs und IGBTs die wichtigste Störquelle. Ohne die Leistung des Hochgeschwindigkeitsmotors zu beeinträchtigen, lassen sich EMV-Störungen effektiv reduzieren, indem die Trägerfrequenz des Mikrocontrollers, die Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente und die Auswahl geeigneter Schaltelemente verringert werden.

• Verringerung des Kopplungspfads der Störquelle

Durch die Optimierung des Leiterbahn- und Layouts auf Leiterplatten lässt sich die EMV effektiv verbessern. Die Kopplung von Leiterbahnen untereinander führt zu stärkeren Störungen. Insbesondere bei Hochfrequenzsignalleitungen sollten Schleifen und Antennenbildung vermieden werden. Gegebenenfalls kann die Schirmung verstärkt werden, um die Kopplung zu reduzieren.

• Mittel zur Blockierung von Störungen

Zur Verbesserung der EMV werden üblicherweise verschiedene Induktivitäten und Kondensatoren eingesetzt. Je nach Störungsart werden geeignete Parameter ausgewählt. Der Y-Kondensator und die Gleichtaktinduktivität dienen der Gleichtaktstörungsbekämpfung, der X-Kondensator der Gegentaktstörungsbekämpfung. Der Induktivitätsring wird in einen Hochfrequenz- und einen Niederfrequenzring unterteilt. Bei Bedarf werden beide Induktivitätsarten gleichzeitig eingesetzt.

2. EMV-Optimierungsfall

Im Rahmen der EMV-Optimierung eines bürstenlosen Motors mit 100.000 U/min unseres Unternehmens möchte ich einige wichtige Punkte ansprechen, von denen ich hoffe, dass sie für alle hilfreich sein werden.

Um den Motor auf eine hohe Drehzahl von 100.000 Umdrehungen pro Minute zu bringen, wurde die anfängliche Trägerfrequenz auf 40 kHz eingestellt, was doppelt so hoch ist wie bei anderen Motoren. In diesem Fall konnten andere Optimierungsmethoden die EMV nicht effektiv verbessern. Eine Reduzierung der Frequenz auf 30 kHz und der MOS-Schaltzyklen um ein Drittel führte zu einer signifikanten Verbesserung. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass die Sperrverzögerungszeit (Trr) der Sperrdiode des MOS-Transistors die EMV beeinflusst. Daher wurde ein MOS-Transistor mit kürzerer Sperrverzögerungszeit ausgewählt. Die Testergebnisse sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Der Frequenzbereich von 500 kHz bis 1 MHz hat sich um etwa 3 dB verbessert, und die Impulsform wurde abgeflacht.

Aufgrund des speziellen Layouts der Leiterplatte müssen zwei Hochspannungsleitungen mit anderen Signalleitungen gebündelt werden. Durch die Umwandlung der Hochspannungsleitung in ein verdrilltes Adernpaar wird die gegenseitige Beeinflussung der Leitungen deutlich reduziert. Die Testergebnisse sind in der folgenden Abbildung dargestellt; die 24-MHz-Reserve hat sich um etwa 3 dB verbessert.

In diesem Fall werden zwei Gleichtaktinduktivitäten verwendet. Die erste ist ein Niederfrequenz-Magnetring mit einer Induktivität von ca. 50 mH, der die EMV im Bereich von 500 kHz bis 2 MHz deutlich verbessert. Die zweite ist ein Hochfrequenz-Magnetring mit einer Induktivität von ca. 60 µH, der die EMV im Bereich von 30 MHz bis 50 MHz deutlich verbessert.

Die Testdaten des Niederfrequenz-Magnetrings sind in der folgenden Abbildung dargestellt, und die Gesamtreserve wurde im Bereich von 300 kHz bis 30 MHz um 2 dB erhöht:

Die Testdaten des Hochfrequenz-Magnetrings sind in der folgenden Abbildung dargestellt, und die Reserve wurde um mehr als 10 dB erhöht:

Ich hoffe, dass alle ihre Meinungen austauschen und gemeinsam Ideen zur EMV-Optimierung entwickeln können, um im Rahmen kontinuierlicher Tests die beste Lösung zu finden.