Descubra cómo los Varistores de Óxido Metálico (MOVs) proporcionan una efectiva supresión de EMI y protección contra sobretensiones en sistemas de motores DC con cepillo. Aprenda sobre sus características de acoplamiento, opciones de empaquetado (SMD y DIP), guías de selección y comparación con diodos TVS para un mejor rendimiento EMC en aplicaciones industriales.
1. Introducción
Los motores de corriente continua cepillados son ampliamente utilizados en maquinaria compacta, herramientas eléctricas, juguetes y electrónica automotriz debido a su estructura simple, bajo costo y control flexible. Su funcionamiento se basa en la conmutación mediante cepillos y comutadores, lo que permite una rotación continua mediante el cambio periódico de la corriente en los enrolamientos del rotor.
A pesar de los desafíos como el desgaste de los cepillos y el ruido eléctrico, los motores cepillados siguen siendo insustituibles en ciertas aplicaciones debido a sus excelentes características de control de velocidad y su fiabilidad estructural probada.
2. Problemas de interferencia electromagnética y estrategias de protección
Durante su funcionamiento, los motores cepillados generan arcos eléctricos e impulsos de voltaje transitorios durante la conmutación de los cepillos, lo que resulta en:
Impulsos de alta energía que pueden dañar componentes sensibles del circuito.
EMI excesiva (Interferencia Electromagnética) que podría impedir el cumplimiento de los estándares EMC.
Aunque los filtros BDL (filtros pasa-bajos compuestos por estranguladores de modo común y condensadores) se utilizan comúnmente para suprimir el ruido, a veces son insuficientes en entornos complejos. Por lo tanto, se recomienda integrar Varistores de Óxido Metálico (MOVs) en paralelo dentro del circuito como una solución confiable y eficiente para la protección contra sobretensiones.
3. Principio de funcionamiento de los MOVs
Los MOVs son dispositivos de tipo de bloqueo con características de voltaje-corriente no lineales, compuestos de microcristales de óxido de zinc sinterizado y medios aislantes de alta resistencia.
Bajo condiciones de voltaje normal, los MOVs presentan una resistencia extremadamente alta y permanecen como no conductores. Cuando el voltaje aplicado supera el umbral, se forma un camino de baja resistencia dentro del dispositivo, conduciendo rápidamente la corriente y limitando la sobretensión a un nivel seguro, protegiendo así a los componentes downstream del daño por sobretensiones.
4. Comparación con Diodos TVS
Los diodos TVS (Supresión de Voltaje Transitorio) utilizan uniones PN de semiconductor y son ideales para la protección de datos de alta frecuencia y alta velocidad. En contraste, los MOV, al ser compuestos cerámicos policristalinos, ofrecen una mayor capacidad de absorción de energía y manejo de corriente, lo que los hace adecuados para líneas de alimentación AC y equipos de alta potencia.
Además, debido a su relativamente grande capacitancia parasítica, los MOV pueden reemplazar de 2 a 5 capacitores de filtro discretos en algunos circuitos, contribuyendo a un diseño general más optimizado.
5. Parámetros Clave de los MOV
Vrms / Vw: Voltaje máximo continuo de operación sin activación.
IL: Corriente de fuga bajo el voltaje máximo de operación, típicamente ≤ 20 μA.
V1mA: Voltaje de ruptura medido a una corriente de 1 mA, cercano al umbral de activación del dispositivo.
Vc: Voltaje máximo de bloqueo bajo una forma de onda de sobretensión estándar de 8/20 μs (tiempo de subida de 8 μs, duración de media pico de 20 μs).
IPP: Capacidad de corriente de pico de sobretensión bajo condiciones de prueba especificadas (forma de onda de 8/20 μs, dos pulsos, intervalo de 2 minutos).
6. Aplicaciones de Envoltorio SMD
Para motores DC con escobillas pequeños y productos electrónicos compactos, se recomiendan los MOVs de tipo SMD. Estos componentes ofrecen un tamaño pequeño y una instalación fácil, ideales para aplicaciones con requisitos de protección contra sobretensiones de corta duración y baja amplitud.
7. Aplicaciones de Paquete DIP
Para motores de alta potencia y sistemas de transmisión industriales, los MOVs DIP (montaje por agujeros) son preferibles. Estos dispositivos tienen factores de forma más grandes y una mejor capacidad de manejo de corriente, gestionando eficazmente sobretensiones de alta energía y asegurando la estabilidad del circuito de control en entornos severos.
8. Directrices de Selección
La selección del MOV debe considerar el voltaje de operación del motor, la energía de sobretensión permitida y las limitaciones espaciales:
Dispositivos de baja potencia → PTCs de la serie SMD
Sistemas de media a alta potencia → PTCs de tipo DIP
Combinar PTCs con filtros BDL también se recomienda para mejorar el rendimiento general de supresión de EMI.
9. Resultados de las pruebas comparativas
Sin protección: Se observó una significativa interferencia electromagnética (EMI) y graves impactos por sobretensiones.
Con la solución MOV + BDL: Los picos de voltaje se controlan efectivamente, los niveles de EMI se reducen y los resultados de las pruebas son estables y cumplen con los requisitos.
Para un análisis preciso, se recomienda medir las formas de onda del osciloscopio antes y después de los eventos de sobretensión, junto con las mediciones del espectro de EMI.
10. Ventajas y Limitaciones de los MOV
Ventajas:
Rentable
Tecnología madura y rendimiento estable
Alta Capacidad de Corriente Sobrecargada
Tiempo de respuesta rápido
Reduce la necesidad de componentes de filtrado adicionales
Las limitaciones:
Tamaño relativamente grande, no ideal para diseños altamente integrados
Alta capacitancia parasítica, no adecuada para líneas de señal de alta velocidad
Notas de uso:
Operar dentro del rango de temperatura especificado
Evitar la limpieza con disolventes polares fuertes
Evite el estrés mecánico o la deformación
Fije los componentes antes de doblar las patillas, manteniendo ≥ 2mm desde la capa de aislamiento
11. Conclusión
En entornos EMC complejos, seleccionar componentes adecuados de protección contra sobretensiones adaptados a las necesidades específicas de la aplicación es esencial para la estabilidad a largo plazo de los sistemas de control de motores.
Los VDR ofrecen una solución EMC rentable para sistemas de motores con escobillas debido a su excelente manejo de corriente, accesibilidad y proceso de fabricación maduro. Esperamos que este análisis ofrezca valiosas ideas y orientación práctica para los ingenieros del campo.
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