고속 브러시리스 모터의 EMC 최적화

1. EMC의 원인과 보호 대책

고속 브러시리스 모터에서 EMC 문제는 전체 프로젝트의 핵심이자 난제이며, 전체 EMC 최적화 과정에는 많은 시간이 소요됩니다. 따라서 EMC가 기준을 초과하는 원인을 정확히 파악하고 그에 따른 최적화 방법을 먼저 파악해야 합니다.

EMC 최적화는 주로 세 가지 방향에서 시작됩니다.

• 간섭원 개선

고속 브러시리스 모터 제어에서 가장 중요한 간섭원은 MOS, IGBT와 같은 스위칭 소자로 구성된 구동 회로입니다. 고속 모터 성능에 영향을 미치지 않으면서 MCU 캐리어 주파수를 낮추고, 스위칭 튜브의 스위칭 속도를 낮추고, 적절한 파라미터를 갖는 스위칭 튜브를 선택하면 EMC 간섭을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

• 간섭원의 결합 경로 감소

PCBA 라우팅 및 레이아웃을 최적화하면 EMC를 효과적으로 개선할 수 있으며, 회선 간 결합은 간섭을 더욱 심화시킵니다. 특히 고주파 신호 회선의 경우, 배선이 루프를 형성하거나 안테나를 형성하지 않도록 주의하십시오. 필요한 경우 차폐층을 두껍게 하여 결합을 줄일 수 있습니다.

• 간섭 차단 수단

EMC 개선에 가장 일반적으로 사용되는 것은 다양한 유형의 인덕턴스와 커패시터이며, 각기 다른 간섭에 적합한 파라미터가 선택됩니다. Y 커패시터와 공통 모드 인덕턴스는 공통 모드 간섭을 위한 것이고, X 커패시터는 차동 모드 간섭을 위한 것입니다. 인덕턴스 자기 링은 고주파 자기 링과 저주파 자기 링으로 나뉘며, 필요에 따라 두 종류의 인덕턴스를 동시에 추가해야 합니다.

2. EMC 최적화 사례

저희 회사의 100,000rpm 무브러시 모터의 EMC 최적화에 있어서, 여러분께 도움이 되기를 바라는 몇 가지 핵심 사항을 소개합니다.

모터를 10만 회전의 고속에 도달시키기 위해 초기 캐리어 주파수를 다른 모터의 두 배인 40kHz로 설정했습니다. 이 경우 다른 최적화 방법은 EMC를 효과적으로 개선할 수 없었습니다. 주파수를 30kHz로 낮추고 MOS 스위칭 횟수를 1/3로 줄인 후에도 상당한 개선이 있었습니다. 동시에 MOS의 역방향 다이오드의 Trr(역회복 시간)이 EMC에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌으며, 역회복 시간이 더 빠른 MOS를 선택했습니다. 테스트 데이터는 아래 그림과 같습니다. 500kHz~1MHz의 마진은 약 3dB 증가했고 스파이크 파형은 평탄해졌습니다.

PCBA의 특수한 레이아웃으로 인해 두 개의 고전압 전력선이 다른 신호선과 함께 묶여야 합니다. 고전압선을 꼬임쌍선으로 변경하면 리드 간의 상호 간섭이 훨씬 줄어듭니다. 테스트 데이터는 아래 그림과 같으며, 24MHz 마진이 약 3dB 증가했습니다.

이 경우 두 개의 공통 모드 인덕터를 사용하는데, 그중 하나는 약 50mH의 인덕턴스를 갖는 저주파 자기 링으로, 500KHZ~2MHZ 범위에서 EMC를 크게 향상시킵니다. 다른 하나는 약 60uH의 인덕턴스를 갖는 고주파 자기 링으로, 30MHZ~50MHZ 범위에서 EMC를 크게 향상시킵니다.

저주파 자기 링의 테스트 데이터는 아래 그림과 같으며, 전체 마진은 300KHZ~30MHZ 범위에서 2dB 증가합니다.

고주파 자기 링의 테스트 데이터는 아래 그림과 같으며, 마진은 10dB 이상 증가했습니다.

모두가 EMC 최적화에 대한 의견을 교환하고 브레인스토밍을 하며, 지속적인 테스트를 통해 최상의 솔루션을 찾을 수 있기를 바랍니다.