모터 시스템에서 금속 산화물 가변저항기(MOVs)의 최적화된 적용

1. 소개

브러시드 DC 모터는 간단한 구조, 저렴한 비용 및 유연한 제어 방식 덕분에 소형 기계, 전동 공구, 장난감 및 자동차 전자기기에 널리 사용됩니다. 이들의 작동은 주기적인 암페어 windings의 전류 스위칭을 통해 브러시와 커뮤테이터를 통한 커뮤테이션에 기반하여 연속 회전을 가능하게 합니다.
브러시 마모 및 전기적 노이즈와 같은 과제에도 불구하고, 브러시드 모터는 우수한 속도 제어 특성과 입증된 구조적 신뢰성 때문에 특정 응용 분야에서 여전히 대체할 수 없는 존재입니다.

2. 전자기적 방해 문제 및 보호 전략

작동 중 브러시드 모터는 브러시 커뮤테이션 동안 아크와 일시적 전압 서지가 발생하여 다음 결과를 초래합니다:

민감한 회로 구성 요소를 손상시킬 수 있는 고에너지 서지.

EMC 표준에 준수하지 못하게 할 수 있는 과도한 전자기적 방해(EMI)가 발생할 수 있습니다.

노이즈를 억제하기 위해 일반적으로 공통 모드 초크와 커패시터로 구성된 저역 통과 필터인 BDL 필터가 사용되지만, 복잡한 환경에서는 부족할 때가 있습니다. 따라서 신뢰성 있고 효율적인 서지 보호 솔루션으로서 회로 내에서 금속 산화물 가변저항(MOVs)를 병렬로 통합하는 것이 권장됩니다.

3. MOV의 작동 원리

MOVs는 비선형 전압-전류 특성을 가지는 클램핑 형식의 장치로, 주석된 산화아연 미세結晶과 고저항 절연 매체로 구성되어 있습니다.
정상적인 전압 조건에서는 MOVs는 매우 높은 저항을 나타내며 비전도 상태를 유지합니다. 적용된 전압이 임계값을 초과하면 장치 내부에서 저저항 경로가 형성되어 전류가 즉시 흐르고 과전압을 안전한 수준으로 클램핑하여 다운스트림 구성 요소를 서지 손상으로부터 보호합니다.

4. TVS 다이오드와의 비교

TVS (Transient Voltage Suppression) 다이오드는 반도체 PN 접합을 사용하며 고주파, 고속 데이터 보호에 적합합니다. 반면, MOV는 다결정 세라믹 복합 재료로 구성되어 더 높은 에너지 흡수 용량과 전류 처리 능력을 제공하여 교류 전원선 및 고전력 장비에 적합합니다.
또한 비교적 큰寄생 전용량 때문에 일부 회로에서 MOV는 2개에서 5개의 이산 필터 커패시터를 대체할 수 있어 전체 설계를 더욱 최적화하는 데 기여합니다.

5. MOV의 주요 매개변수

Vrms / Vw: 활성화 없이 지속 가능한 최대 연속 작동 전압.

IL: 최대 작동 전압에서의 누설 전류, 일반적으로 ≤ 20 μA입니다.

V1mA: 1 mA 전류에서 측정한 피타치 전압으로, 장치의 활성화 임계값에 가깝습니다.

Vc: 표준 8/20 μs 서지 파형(8 μs 상승 시간, 20 μs 반정상 지속 시간) 하에서의 최대 클램핑 전압입니다.

IPP: 특정 테스트 조건(8/20 μs 파형, 두 번의 펄스, 2분 간격) 하에서의 피크 서지 전류 용량입니다.

6. SMD 패키지 응용 프로그램

작은 유전동식 DC 모터 및 소형 전자 제품의 경우 SMD 형 MOV를 권장합니다. 이 부품들은 작은 크기와 쉬운 설치가 특징으로, 짧은 지속 시간과 낮은 진폭의 서지 보호가 필요한 응용 분야에 적합합니다.

7. DIP 패키지 응용

대형 모터 및 산업용 드라이브의 경우 DIP (통공) 형식 MOV가 선호됩니다. 이러한 장치는 더 큰 형태 요소와 우수한 전류 처리 능력을 가지고 있어 고에너지 서지를 효과적으로 관리하고 혹독한 환경에서 제어 회로의 안정성을 보장합니다.

8. 선택 가이드라인

MOV 선택 시 모터 작동 전압, 허용 가능한 서지 에너지 및 공간 제약 사항을 고려해야 합니다:

저전력 장치 → SMD 시리즈 MOVs

중간에서 고전력 시스템 → DIP 형식 MOVs

MOV를 BDL 필터와 결합하여 전체 EMI 억제 성능을 향상시키는 것이 권장됩니다.

9. 비교 실험 결과

보호 없음: 뚜렷한 EMI 노이즈 및 심각한 서지 영향이 관찰됨.

MOV + BDL 솔루션을 사용할 경우: 과전압이 효과적으로 억제되고, 전자기 잡음(EMI) 수준이 줄어들며, 테스트 결과는 안정적이고 규격에 부합합니다.

정확한 분석을 위해, 서지 이벤트 전후의 오실로스코프 파형과 EMI 스펙트럼 측정이 권장됩니다.

10. MOV의 장점 및 제한 사항

장점:

비용 효율적

성숙된 기술과 안정적인 성능

높은 서지 전류 용량

빠른 응답 시간

추가 필터링 구성요소의 필요성을 줄입니다

제한 사항:

비교적 크기가 큰 편으로, 높은 집적도 설계에 적합하지 않을 수 있음

고속 신호선에 부적합한 높은寄생 전용량이 존재함

사용 주의사항:

지정된 온도 범위 내에서 작동시킬 것

강한 극성 용매로 세척을 피할 것

기계적인 스트레스나 변형을 방지하십시오

리드를 구부리기 전에 구성 요소를 고정하고, 절연층에서 ≥ 2mm 이상 유지하십시오

11. 결론

복잡한 전자기적 호환성(EMC) 환경에서 모터 제어 시스템의 장기 안정성을 위해 특정 응용 요구에 맞는 적절한 서지 보호 구성 요소를 선택하는 것이 중요합니다.
MOVs는 뛰어난 전류 처리 능력, 합리적인 가격, 그리고 성숙된 제조 공정으로 인해 유선 모터 시스템에 대한 비용 효율적인 EMC 솔루션을 제공합니다. 본 분석이 현장의 엔지니어들에게 유용한 통찰과 실질적인 지침을 제공하기를 바랍니다.