고속 브러시리스 모터의 EMC 최적화

1. EMC 발생 원인 및 보호 조치

고속 브러시리스 모터에서 EMC 문제는 전체 프로젝트의 핵심이자 난제인 경우가 많으며, EMC 최적화 과정에 상당한 시간이 소요됩니다. 따라서 EMC가 기준치를 초과하는 원인과 그에 따른 최적화 방법을 먼저 정확하게 파악하는 것이 중요합니다.

EMC 최적화는 주로 세 가지 방향에서 시작됩니다.

• 간섭의 원인을 개선하십시오

고속 브러시리스 모터 제어에서 가장 중요한 간섭원은 MOS 및 IGBT와 같은 스위칭 소자로 구성된 구동 회로입니다. 고속 모터의 성능에 영향을 주지 않으면서 MCU 캐리어 주파수를 낮추고, 스위칭 소자의 스위칭 속도를 줄이며, 적절한 파라미터를 가진 스위칭 소자를 선택하면 EMC 간섭을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

• 간섭원의 결합 경로 감소

PCBA 배선 및 레이아웃 최적화는 EMC를 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 배선 간의 커플링은 간섭을 증가시킵니다. 특히 고주파 신호선의 경우, 루프 형성이나 안테나 형성을 피해야 합니다. 필요한 경우 차폐층을 추가하여 커플링을 줄일 수 있습니다.

• 간섭 차단 수단

EMC 개선에 가장 일반적으로 사용되는 것은 다양한 종류의 인덕턴스와 커패시터이며, 각 간섭 유형에 따라 적절한 파라미터를 선택합니다. Y 커패시터와 공통 모드 인덕턴스는 공통 모드 간섭에, X 커패시터는 차동 모드 간섭에 사용됩니다. 인덕턴스 자기 링 또한 고주파 자기 링과 저주파 자기 링으로 구분되며, 필요한 경우 두 종류의 인덕턴스를 동시에 추가해야 합니다.

2. EMC 최적화 사례

저희 회사의 10만 rpm 브러시리스 모터의 EMC 최적화 과정에서 여러분께 도움이 될 만한 몇 가지 핵심 사항을 공유하고자 합니다.

모터를 10만 회전이라는 고속으로 구동하기 위해 초기 캐리어 주파수를 다른 모터보다 두 배 높은 40kHz로 설정했습니다. 이 경우 다른 최적화 방법으로는 EMC를 효과적으로 개선할 수 없었습니다. 주파수를 30kHz로 낮추고 MOS 스위칭 횟수를 1/3로 줄인 후에야 EMC가 크게 개선되었습니다. 동시에 MOS 역방향 다이오드의 역회복 시간(Trr)이 EMC에 영향을 미친다는 것을 발견하고 역회복 시간이 더 빠른 MOS를 선택했습니다. 테스트 데이터는 아래 그림과 같습니다. 500kHz~1MHz 대역의 마진이 약 3dB 증가했고, 스파이크 파형이 평탄해졌습니다.

PCBA의 특수한 레이아웃으로 인해 두 개의 고전압 전원선을 다른 신호선과 함께 묶어야 했습니다. 고전압선을 트위스트 페어로 변경한 후, 리드 간의 상호 간섭이 크게 줄어들었습니다. 테스트 데이터는 아래 그림과 같으며, 24MHz 마진이 약 3dB 증가했습니다.

이 경우, 두 개의 공통 모드 인덕터가 사용되는데, 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.

아래 그림은 저주파 자기 링의 테스트 데이터를 보여주며, 300kHz~30MHz 범위에서 전체적인 여유도가 2dB 증가했습니다.

아래 그림은 고주파 자기 링의 테스트 데이터를 보여주며, 여유분이 10dB 이상 증가했습니다.

모든 분들이 EMC 최적화에 대해 의견을 교환하고 아이디어를 공유하여 지속적인 테스트를 통해 최적의 해결책을 찾을 수 있기를 바랍니다.