Pengoptimalan Penggunaan Varistor Oksida Logam (MOVs) dalam Sistem Motor

1. pengantar

Motor DC sikat digunakan secara luas dalam mesin kompak, perkakas listrik, mainan, dan elektronik otomotif karena strukturnya yang sederhana, biaya rendah, dan kontrol yang fleksibel. Operasi motor ini didasarkan pada komutasi melalui sikat dan komutator, yang memungkinkan rotasi kontinu melalui pemutusan arus secara periodik di gulungan lengan.
Meskipun ada tantangan seperti ausnya sikat dan gangguan listrik, motor dengan sikat tetap tak tergantikan dalam beberapa aplikasi karena karakteristik pengendalian kecepatan yang unggul dan keandalan struktur yang terbukti.

2. Isu Gangguan Elektromagnetik dan Strategi Perlindungan

Selama operasi, motor dengan sikat menghasilkan busur listrik dan lonjakan tegangan sementara selama proses komutasi sikat, yang mengakibatkan:

Lonjakan energi tinggi yang dapat merusak komponen rangkaian sensitif.

EMI (Gangguan Elektromagnetik) yang berlebihan dapat mencegah kepatuhan terhadap standar EMC.

Meskipun filter BDL (filter low-pass yang terdiri dari tahanan mode umum dan kapasitor) sering digunakan untuk menekan gangguan, mereka kadang-kadang tidak cukup efektif dalam lingkungan yang kompleks. Oleh karena itu, pengintegrasian Metal Oxide Varistors (MOVs) secara paralel dalam rangkaian dianjurkan sebagai solusi perlindungan surga yang andal dan efisien.

3. Prinsip Operasi MOVs

MOVs adalah perangkat tipe penjepit dengan karakteristik tegangan-arus yang tidak linear, terbuat dari kristal mikro oksida seng yang disinter dan media isolasi resistansi tinggi.
Dalam kondisi tegangan normal, MOVs menunjukkan resistansi sangat tinggi dan tetap tidak konduktif. Ketika tegangan yang diterapkan melebihi ambang batas, jalur resistansi rendah terbentuk di dalam perangkat, mengalirkan arus dengan cepat dan menjepit tegangan berlebih ke level yang aman, sehingga melindungi komponen di hilir dari kerusakan surga.

4. Perbandingan dengan Dioda TVS

Dioda TVS (Transient Voltage Suppression) menggunakan sambungan PN semikonduktor dan ideal untuk perlindungan data frekuensi tinggi dan kecepatan tinggi. Sebaliknya, MOV, yang terbuat dari komposit keramik polikristalin, menawarkan kapasitas penyerapan energi yang lebih tinggi dan kemampuan penanganan arus, membuatnya cocok untuk garis daya AC dan peralatan daya tinggi.
Selain itu, karena kapasitansi parasit relatifnya yang besar, MOV dapat menggantikan 2 hingga 5 kapasitor filter diskrit dalam beberapa rangkaian, berkontribusi pada desain keseluruhan yang lebih dioptimalkan.

5. Parameter Utama MOV

Vrms / Vw: Tegangan operasi berkelanjutan maksimum tanpa aktivasi.

IL: Arus kebocoran pada tegangan operasi maksimum, biasanya ≤ 20 μA.

V1mA: Tegangan breakdown yang diukur pada arus 1 mA, dekat dengan ambang batas aktivasi perangkat.

Vc: Tegangan penjepit maksimum pada gelombang surge standar 8/20 μs (waktu naik 8 μs, durasi setengah puncak 20 μs).

IPP: Kemampuan arus puncak surge pada kondisi uji yang ditentukan (gelombang 8/20 μs, dua pulsa, interval 2 menit).

6. Aplikasi Kemasan SMD

Untuk motor DC sikat kecil dan produk elektronik kompak, MOV tipe SMD direkomendasikan. Komponen-komponen ini menawarkan ukuran kecil dan pemasangan yang mudah, ideal untuk aplikasi dengan persyaratan perlindungan terhadap lonjakan singkat beramplitudo rendah.

7. Aplikasi Kemasan DIP

Untuk motor daya tinggi dan penggerak industri, MOV DIP (through-hole) lebih disukai. Perangkat-perangkat ini memiliki faktor bentuk yang lebih besar dan kemampuan arus yang lebih baik, secara efektif mengelola lonjakan energi tinggi dan memastikan stabilitas sirkuit kontrol di lingkungan yang keras.

8. Pedoman Pemilihan

Pemilihan MOV harus mempertimbangkan tegangan operasi motor, energi lonjakan yang diperbolehkan, dan keterbatasan ruang:

Perangkat daya rendah → MOV seri SMD

Sistem daya sedang hingga tinggi → MOV jenis DIP

Menggabungkan MOV dengan filter BDL juga dianjurkan untuk meningkatkan kinerja pengurangan EMI secara keseluruhan.

9. Hasil Uji Komparatif

Tanpa perlindungan: Kebisingan EMI yang signifikan dan dampak lonjakan parah teramati.

Dengan solusi MOV + BDL: Tegangan lonjakan secara efektif ditekan, tingkat EMI dikurangi, dan hasil uji stabil serta sesuai standar.

Untuk analisis yang tepat, bentuk gelombang osiloskop sebelum dan setelah peristiwa lonjakan, bersama dengan pengukuran spektrum EMI, dianjurkan.

10. Keunggulan dan Keterbatasan MOV

Keuntungan:

Hemat Biaya

Teknologi matang dan kinerja stabil

Kapasitas Arus Lonjakan Tinggi

Waktu Respon Cepat

Mengurangi kebutuhan akan komponen penyaring tambahan

Keterbatasan:

Ukuran relatif lebih besar, tidak ideal untuk desain yang sangat terintegrasi

Kapasitansi parasit tinggi, tidak cocok untuk jalur sinyal kecepatan tinggi

Catatan Penggunaan:

Operasikan dalam rentang suhu yang ditentukan

Hindari membersihkan dengan pelarut polar kuat

Mencegah stres mekanis atau deformasi

Tetapkan komponen sebelum membengkokkan pin, mempertahankan ≥ 2mm dari lapisan isolasi

11. Kesimpulan

Di lingkungan EMC yang kompleks, memilih komponen pelindung gelombang surga yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi tertentu sangat penting untuk stabilitas jangka panjang sistem kontrol motor.
MOVs menawarkan solusi EMC yang hemat biaya untuk sistem motor sikat karena kemampuan arus listrik yang unggul, terjangkau, dan proses manufaktur yang matang. Semoga analisis ini memberikan wawasan berharga dan panduan praktis bagi insinyur di lapangan.