高速ブラシレスモーターのEMC最適化

1. EMCの原因と対策

高速ブラシレスモーターでは、EMC 問題がプロジェクト全体の焦点および困難になることが多く、EMC 全体の最適化プロセスには多くの時間がかかります。したがって、まずはEMCが基準を超える原因とそれに対応する最適化方法を正しく認識する必要があります。

EMC の最適化は主に次の 3 つの方向から始まります。

• 干渉源を改善する

高速ブラシレスモーターの制御において最も重要な干渉源は、MOSやIGBTなどのスイッチング素子で構成される駆動回路です。高速モーターの性能に影響を与えることなく、MCU キャリア周波数を下げ、スイッチング管のスイッチング速度を下げ、適切なパラメータを備えたスイッチング管を選択することで、EMC 干渉を効果的に低減できます。

• 干渉源の結合経路を減らす

PCBA のルーティングとレイアウトを最適化すると、EMC を効果的に改善できます。また、ラインが相互に結合すると、より大きな干渉が発生します。特に高周波信号線の場合は、ループを形成する配線やアンテナを形成する配線を避けてください。必要に応じて、シールド層を増やして結合を減らすことができます。

• 干渉をブロックする手段

EMC 改善で最も一般的に使用されるのは、さまざまな種類のインダクタンスとコンデンサであり、さまざまな干渉に適したパラメータが選択されます。Y コンデンサとコモンモード インダクタンスはコモン モード干渉用であり、X コンデンサはディファレンシャル モード干渉用です。インダクタンス磁気リングも高周波磁気リングと低周波磁気リングに分かれており、必要に応じて2種類のインダクタンスを同時に付加する必要があります。

2. EMC最適化の事例

当社の10万回転ブラシレスモーターのEMC最適化において、皆様のお役に立てれば幸いです。

モーターを10万回転の高速回転にするため、初期キャリア周波数を他のモーターの2倍の40KHZに設定しています。この場合、他の最適化方法では EMC を効果的に改善できません。周波数が 30KHZ に低下し、MOS スイッチング回数が 1/3 に減少すると、大幅な改善が見られます。同時に、MOSの逆方向ダイオードのTrr(逆回復時間)がEMCに影響を与えることが分かり、逆回復時間のより速いMOSが選定されました。テストデータは下図の通りです。500KHZ～1MHZのマージンが約3dB増加し、スパイク波形が平坦になりました。

PCBA の特殊なレイアウトにより、他の信号線と束ねる必要がある 2 本の高電圧電力線があります。高圧線がツイストペアに変更されると、リード間の相互干渉が大幅に小さくなります。テストデータは次の図に示すとおりで、24MHZ マージンが約 3dB 増加しています。

この場合、2 つのコモンモード インダクタが使用され、そのうちの 1 つはインダクタンスが約 50mH の低周波磁気リングであり、500KHZ ～ 2MHZ の範囲で EMC を大幅に改善します。もう 1 つは高周波磁気リングで、インダクタンスは約 60uH で、30MHZ ～ 50MHZ の範囲で EMC を大幅に改善します。

低周波磁気リングのテストデータは次の図に示されており、全体のマージンは 300KHZ ～ 30MHZ の範囲で 2dB 増加しています。

高周波磁気リングのテストデータは以下の図に示されており、マージンは 10dB 以上増加しています。

EMC の最適化について皆さんが意見交換やブレインストーミングを行い、継続的なテストで最適な解決策を見つけられることを願っています。