Dowiedz się, jak warystory tlenkowe (MOVs) zapewniają efektywne tłumienie EMI i ochronę przed przepięciami w systemach silników DC z szczotkami. Dowiedz się więcej o ich charakterystykach ograniczania, opcjach opakowań (SMD i DIP), wytycznych wyboru oraz porównaniu z diodami TVS dla poprawy wydajności EMC w aplikacjach przemysłowych.
1. wprowadzenie
Silniki DC z wytarzaniem znajdują szerokie zastosowanie w małej maszynie, narzędziach elektrycznych, zabawkach i elektronice samochodowej dzięki swojej prostszej konstrukcji, niskim kosztom i elastycznemu sterowaniu. Ich działanie opiera się na komutacji za pomocą wytarzaczy i komutatora, co umożliwia ciągłe obroty poprzez okresowe przekazywanie prądu w zwinięciach wirnika.
Mimo wyzwań, takich jak zużycie wytarzaczy i hałas elektryczny, silniki z wytarzaniem pozostają niezastąpione w niektórych zastosowaniach ze względu na doskonałe właściwości kontroli prędkości i sprawdzonej niezawodności konstrukcyjnej.
2. Problemy z elektromagnetyczną interferencją i strategie ochrony
Podczas pracy silniki z wytarzaniem generują iskry i impulsy napięcia podczas komutacji wytarzacza, co prowadzi do:
Wysokoenersowych impulsów, które mogą uszkodzić wrażliwe elementy układu.
Zbyt duży EMI (elektromagnetyczny zakłócenia), który może uniemożliwić zgodność z normami EMC.
Podczas gdy filtry BDL (niskoczęstotliwościowe filtry składające się z duszek trybowych wspólnotrybowych i kondensatorów) są powszechnie używane do tłumienia szumów, czasami są niewystarczające w złożonych środowiskach. Dlatego zaleca się integrację Metalowych Oksydowych Warystorów (MOVs) w równoległości w obwodzie jako niezawodne i wydajne rozwiązanie ochrony przed przepięciami.
3. Zasada działania MOVs
MOVs to urządzenia typu ograniczające z nieliniowymi charakterystykami napięcia-prądu, składające się z spiekanych mikrokryształów tlenku cynku i wysokoprzewodniczych dielektryków.
W warunkach normalnego napięcia, MOVs mają ekstremalnie wysoki opór i pozostają nieużytkowane. Gdy napięcie zastosowane przekracza próg, wewnątrz urządzenia powstaje ścieżka o niskim oporze, szybko przeprowadzając prąd i ograniczając przepięcie do bezpiecznego poziomu, co chroni komponenty zasilane przed uszkodzeniami przez przepięcia.
4. Porównanie z diodami TVS
Diody TVS (Transient Voltage Suppression) wykorzystują półprzewodnikowe połączenia PN i są idealne do ochrony danych wysokiej częstotliwości i dużej prędkości. W przeciwieństwie do nich, przewodniki MOV, będąc polikrystalicznymi kompozytami ceramicznymi, oferują większą zdolność absorpcji energii i lepsze możliwości obsługi prądu, co czyni je odpowiednimi dla linii prądu przemiennego i sprzętu o wysokiej mocy.
Ponadto, ze względu na ich względnie dużą parasytarną pojemność, przewodniki MOV mogą zastąpić 2 do 5 dyskretnych kondensatorów filtrujących w niektórych obwodach, przyczyniając się do bardziej zoptymalizowanego projektu ogólnego.
5. Kluczowe parametry MOV
Vrms / Vw: Maksymalne ciągłe napięcie pracy bez aktywacji.
IL: Prąd ucieczki przy maksymalnym napięciu pracy, zazwyczaj ≤ 20 μA.
V1mA: Napięcie przewodzenia pomierzone przy prądzie 1 mA, bliskie prógowi aktywacji urządzenia.
Vc: Maksymalne napięcie zaciskowe przy standardowym impulsie przepięcia 8/20 μs (czas narastania 8 μs, czas połowy amplitudy 20 μs).
IPP: Maksymalny szczytowy prąd impulsowy w określonych warunkach testowych (falowanie 8/20 μs, dwa impulsy, interwał 2 minuty).
6. Zastosowania opakowań SMD
Dla małych silników DC z czynnikami i kompaktowych produktów elektronicznych zaleca się SMD-owe MOD-y. Te komponenty oferują mały rozmiar i łatwą instalację, co jest idealne dla zastosowań z wymaganiami ochrony przed przepływami trwającymi krótko i o niskiej amplitudzie.
7. Zastosowania opakowań DIP
Dla silników wysokowydajnych i napędów przemysłowych lepiej są MOD-y w opakowaniu DIP (przez otwory). Te urządzenia mają większe formaty i lepszą zdolność prądową, efektywnie zarządzając wysokookresowymi przepływami oraz zapewniając stabilność obwodów sterujących w surowych warunkach.
8. Wytyczne dotyczące wyboru
Wybór MOD-u powinien uwzględniać napięcie pracy silnika, dozwolone energie przepływu oraz ograniczenia przestrzenne:
Urządzenia o niskim zużyciu mocy → SMD serii przewodników MOV
Systemy o średniej do wysokiej mocy → przewodniki MOV typu DIP
Kombinowanie przewodników MOV z filtrami BDL jest również zalecane, aby poprawić ogólną wydajność tłumienia EMI.
9. Wyniki testów porównawczych
Bez ochrony: Zaobserwowano znaczny szum EMI i poważne wpływy przepływów impulsowych.
Dzięki rozwiązaniu MOV + BDL: napiecia przepływowe są skutecznie ograniczane, poziomy EMI zmniejszone, a wyniki testów stabilne i zgodne z wymaganiami.
W celu dokładnej analizy, zalecane jest sprawdzenie wykresów oscyloskopowych przed i po zdarzeniach przepływowych, wraz z pomiarami widma EMI.
10. Zalety i ograniczenia MOD-ów
Zalety:
Opłacalność
Dojrzała technologia i stabilna wydajność
Wysokie możliwości prądu przepływowego
Szybki czas reakcji
Zmniejsza potrzebę dodatkowych komponentów filtrujących
Ograniczenia:
Relatywnie większy rozmiar, nie idealny dla wysoce zintegrowanych projektów
Wysoka parasyczna pojemność, nie nadaje się do linii sygnałowych o wysokiej prędkości
Uwagi dotyczące użytkowania:
Działaj w określonym zakresie temperatur
Unikaj czyszczenia silnymi roztworami polaryzującymi
Unikaj mechanicznego napięcia lub deformacji
Zabezpiecz komponenty przed zginaniem łusek, zachowując odległość ≥ 2mm od warstwy izolacyjnej
11. Podsumowanie
W złożonych środowiskach EMC, wybór odpowiednich komponentów ochrony przeciwwydrowej dopasowanych do konkretnych potrzeb aplikacji jest kluczowy dla długoterminowej stabilności systemów sterowania silnikami.
Diody MOV oferują kosztownie efektywne rozwiązanie EMC dla systemów z silnikami z szczotkami dzięki swojemu doskonałemu obsłudze prądu, niskim kosztom i dojrzałemu procesowi produkcji. Liczymy, że ta analiza dostarczy cennych wskazówek i praktycznych wytycznych dla inżynierów w tej dziedzinie.
EN
