אופטימיזציה של EMC למנוע ללא מברשות במהירות גבוהה

1. גורמים ל-EMC ואמצעי הגנה

במנועים ללא מברשות במהירות גבוהה, בעיות EMC הן לרוב מוקד וקושי של הפרויקט כולו, ותהליך האופטימיזציה של ה-EMC כולו לוקח זמן רב. לכן, עלינו לזהות נכון את הגורמים לחריגות ה-EMC מהתקן ואת שיטות האופטימיזציה המתאימות תחילה.

אופטימיזציה של EMC מתחילה בעיקר משלושה כיוונים:

• שפר את מקור ההפרעה

בבקרת מנועים ללא מברשות במהירות גבוהה, מקור ההפרעות החשוב ביותר הוא מעגל ההינע המורכב מהתקני מיתוג כגון MOS ו-IGBT. מבלי להשפיע על ביצועי המנוע במהירות גבוהה, הפחתת תדר הנושא של המיקרו-בקר, הפחתת מהירות המיתוג של צינור המיתוג ובחירת צינור המיתוג עם פרמטרים מתאימים יכולים להפחית ביעילות את הפרעות ה-EMC.

• צמצום נתיב הצימוד של מקור ההפרעה

אופטימיזציה של ניתוב ופריסה של PCBA יכולה לשפר ביעילות את ה-EMC, וצימוד קווים זה לזה יגרום להפרעות גדולות יותר. במיוחד עבור קווי אות בתדר גבוה, יש לנסות להימנע מיצירת לולאות עקבות ומאנטנות עקבות. במידת הצורך ניתן להגדיל את שכבת המיגון כדי להפחית את הצימוד.

• אמצעי חסימת הפרעות

הנפוץ ביותר בשיפור EMC הוא סוגים שונים של השראות וקבלים, ופרמטרים מתאימים נבחרים עבור הפרעות שונות. קבל Y והשראות אופן משותף מיועדים להפרעות אופן משותף, וקבל X מיועד להפרעות אופן דיפרנציאלי. טבעת ההשראות המגנטית מחולקת גם לטבעת מגנטית בתדר גבוה וטבעת מגנטית בתדר נמוך, ויש להוסיף שני סוגי השראות בו זמנית בעת הצורך.

2. מקרה אופטימיזציה של EMC

באופטימיזציית EMC של מנוע ללא מברשות במהירות 100,000 סל"ד של החברה שלנו, הנה כמה נקודות מפתח שאני מקווה שיהיו מועילות לכולם.

על מנת לגרום למנוע להגיע למהירות גבוהה של מאה אלף סיבובים, תדר הנושא ההתחלתי נקבע ל-40 קילו-הרץ, שהוא כפול ממנועים אחרים. במקרה זה, שיטות אופטימיזציה אחרות לא הצליחו לשפר ביעילות את ה-EMC. התדר מופחת ל-30 קילו-הרץ ומספר זמני המיתוג של ה-MOS מצטמצם ב-1/3 לפני שמתרחש שיפור משמעותי. במקביל, נמצא כי ל-Trr (זמן התאוששות הפוכה) של הדיודה ההפוכה של ה-MOS יש השפעה על ה-EMC, ונבחר MOS עם זמן התאוששות הפוכה מהיר יותר. נתוני הבדיקה מוצגים באיור שלהלן. המרווח של 500 קילו-הרץ ~ 1 מגה-הרץ גדל בכ-3dB וצורת הגל של הקפיצה הופחתה:

בשל הפריסה המיוחדת של ה-PCBA, ישנם שני קווי מתח גבוה שיש לחבר יחד עם קווי אות אחרים. לאחר שינוי קו המתח הגבוה לזוג שזור, ההפרעה ההדדית בין המוליכים קטנה בהרבה. נתוני הבדיקה מוצגים באיור למטה, ורווח ה-24 מגה-הרץ גדל בכ-3dB:

במקרה זה, נעשה שימוש בשני סלילים במצב משותף, אחד מהם הוא טבעת מגנטית בתדר נמוך, עם השראות של כ-50mH, אשר משפרת משמעותית את ה-EMC בטווח של 500KHZ~2MHZ. השני הוא טבעת מגנטית בתדר גבוה, עם השראות של כ-60uH, אשר משפרת משמעותית את ה-EMC בטווח של 30MHZ~50MHZ.

נתוני הבדיקה של הטבעת המגנטית בתדר נמוך מוצגים באיור למטה, והמרווח הכולל גדל ב-2dB בטווח של 300KHZ~30MHZ:

נתוני הבדיקה של הטבעת המגנטית בתדר גבוה מוצגים באיור שלהלן, והמרווח גדל ביותר מ-10dB:

אני מקווה שכולם יוכלו להחליף דעות וליצור סיעור מוחות בנוגע לאופטימיזציה של EMC, ולמצוא את הפתרון הטוב ביותר באמצעות בדיקות מתמשכות.