1. Causes de la CEM et mesures de protection
Dans les moteurs sans balais à grande vitesse, les problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM) constituent souvent le principal obstacle et la difficulté majeure de l'ensemble du projet, et l'optimisation globale de la CEM est un processus long et complexe. Il est donc essentiel d'identifier au préalable les causes des dépassements des normes de CEM et les méthodes d'optimisation appropriées.
L'optimisation EMC s'effectue principalement selon trois axes :
- Améliorer la source d'interférences
Dans la commande des moteurs sans balais à grande vitesse, la principale source d'interférences est le circuit de commande composé de transistors de puissance tels que les MOS et les IGBT. Sans affecter les performances du moteur, il est possible de réduire efficacement les interférences électromagnétiques en diminuant la fréquence porteuse du microcontrôleur, la vitesse de commutation des transistors et en sélectionnant des transistors aux paramètres appropriés.
- Réduire le trajet de couplage de la source d'interférence
L'optimisation du routage et de l'agencement des cartes électroniques permet d'améliorer efficacement la compatibilité électromagnétique (CEM), tandis que le couplage entre les pistes engendre des interférences plus importantes. Il convient notamment d'éviter la formation de boucles et d'antennes entre les pistes pour les signaux haute fréquence. Au besoin, l'épaisseur du blindage peut être augmentée afin de réduire le couplage.
- Moyens de bloquer les interférences
Pour améliorer la compatibilité électromagnétique (CEM), on utilise couramment différents types d'inductances et de condensateurs, dont les paramètres sont adaptés aux différentes interférences. Le condensateur Y et l'inductance de mode commun sont utilisés pour les interférences en mode commun, tandis que le condensateur X est utilisé pour les interférences en mode différentiel. L'anneau magnétique d'inductance se décline en anneaux magnétiques haute fréquence et anneaux magnétiques basse fréquence ; il est parfois nécessaire d'ajouter simultanément les deux types d'inductances.
2. Cas d'optimisation CEM
Dans le cadre de l'optimisation CEM d'un moteur sans balais de 100 000 tr/min de notre entreprise, voici quelques points clés qui, je l'espère, seront utiles à tous.
Afin d'atteindre une vitesse élevée de 100 000 tours par minute, la fréquence porteuse initiale a été fixée à 40 kHz, soit deux fois plus élevée que pour d'autres moteurs. Dans ce cas, les autres méthodes d'optimisation se sont avérées inefficaces pour améliorer la compatibilité électromagnétique (CEM). Une réduction de la fréquence à 30 kHz et une diminution d'un tiers du nombre de commutations du transistor MOS ont permis d'obtenir une amélioration significative. Parallèlement, il a été constaté que le temps de recouvrement inverse (Trr) de la diode inverse du transistor MOS influençait la CEM ; un transistor MOS à temps de recouvrement inverse plus court a donc été sélectionné. Les résultats des tests sont présentés dans la figure ci-dessous. La marge dans la bande 500 kHz–1 MHz a augmenté d'environ 3 dB et la forme d'onde du pic a été aplatie.
En raison de la configuration particulière du circuit imprimé, deux lignes d'alimentation haute tension doivent être regroupées avec d'autres lignes de signal. Le remplacement de la ligne haute tension par une paire torsadée réduit considérablement les interférences entre les conducteurs. Les résultats des tests sont présentés dans la figure ci-dessous ; la marge à 24 MHz a augmenté d'environ 3 dB.
Dans ce cas, deux inductances de mode commun sont utilisées : une inductance annulaire basse fréquence d'environ 50 mH, qui améliore significativement la compatibilité électromagnétique (CEM) dans la gamme de 500 kHz à 2 MHz, et une inductance annulaire haute fréquence d'environ 60 µH, qui améliore significativement la CEM dans la gamme de 30 MHz à 50 MHz.
Les données de test de l'anneau magnétique basse fréquence sont présentées dans la figure ci-dessous, et la marge globale est augmentée de 2 dB dans la plage de 300 kHz à 30 MHz :
Les données de test de l'anneau magnétique haute fréquence sont présentées dans la figure ci-dessous, et la marge est augmentée de plus de 10 dB :
J'espère que chacun pourra échanger des opinions et réfléchir collectivement à l'optimisation EMC, et trouver la meilleure solution grâce à des tests continus.
Date de publication : 7 juin 2023