Узнайте, как варисторы на основе оксидов металлов (MOVs) обеспечивают эффективное подавление ЭМИ и защиту от импульсов в щеточных системах двигателей постоянного тока. Узнайте о их характеристиках ограничения напряжения, вариантах упаковки (SMD и DIP), руководствах по выбору и сравнении с диодами TVS для повышения показателей ЭМС в промышленных приложениях.
1. Введение
Щеточные двигатели постоянного тока широко применяются в компактной технике, электроинструментах, игрушках и автомобильной электронике благодаря своей простой структуре, низкой стоимости и гибкому управлению. Их работа основана на коммутации через щетки и коллектор, что обеспечивает непрерывное вращение за счет периодического переключения тока в обмотках якоря.
Несмотря на проблемы, такие как износ щеток и электрический шум, щеточные двигатели остаются незаменимыми в определенных приложениях благодаря своим отличным характеристикам контроля скорости и проверенной надежности конструкции.
2. Проблемы электромагнитных помех и стратегии защиты
Во время работы щеточные двигатели создают искры и кратковременные напряжения при коммутации щеток, что приводит к:
Высокоэнергетическим импульсам, которые могут повредить чувствительные элементы цепи.
Чрезмерные ПВ (помехи электромагнитной совместимости), которые могут препятствовать соответствию стандартам ЭМС.
Хотя фильтры BDL (низкочастотные фильтры, состоящие из общих дросселей и конденсаторов) часто используются для подавления шума, они иногда бывают недостаточно эффективны в сложных условиях. Поэтому рекомендуется интеграция ВОМ (варисторов на основе оксида металла) параллельно в цепь как надежного и эффективного решения защиты от перенапряжений.
3. Принцип работы ВОМ
ВОМ — это устройства сжатия с нелинейными характеристиками напряжения-тока, состоящие из спеченных микрокристаллов оксида цинка и высокоомных диэлектрических материалов.
При нормальных значениях напряжения ВОМ демонстрируют крайне высокое сопротивление и остаются непроводящими. Когда приложенное напряжение превышает пороговое значение, внутри устройства формируется путь с низким сопротивлением, что быстро запускает ток и ограничивает перенапряжение до безопасного уровня, защищая компоненты по цепи от повреждений от перенапряжений.
4. Сравнение с диодами TVS
Диоды TVS (подавление импульсного напряжения) используют полупроводниковые p-n переходы и идеально подходят для защиты высокоскоростных данных на высоких частотах. В отличие от них, MOV, являясь поликристаллическими керамическими композитами, обладают большей способностью поглощения энергии и возможностями по обработке тока, что делает их подходящими для сетевых линий переменного тока и высокоэнергетического оборудования.
Кроме того, из-за относительно большой паразитной емкости MOV могут заменять 2–5 дискретных фильтрующих конденсаторов в некоторых цепях, способствуя более оптимизированному общему дизайну.
5. Основные параметры MOV
Vrms / Vw: Максимальное непрерывное рабочее напряжение без активации.
IL: Ток утечки при максимальном рабочем напряжении, обычно ≤ 20 μA.
V1mA: Напряжение пробоя, измеренное при токе 1 mA, близко к порогу активации устройства.
Vc: Максимальное напряжение фиксации при стандартной импульсной волне 8/20 μs (время нарастания 8 μs, длительность полупика 20 μs).
IPP: Пиковое значение тока импульсов при указанных тестовых условиях (волновая форма 8/20 μs, два импульса, интервал 2 минуты).
6. Приложения в корпусах SMD
Для маленьких щеточных постоянных токов и компактных электронных продуктов рекомендуются SMD-типа ВБИ. Эти компоненты предлагают небольшой размер и простоту установки, идеальную для применения с короткими требованиями защиты от импульсов низкой амплитуды.
7. Приложения в корпусе DIP
Для мощных двигателей и промышленных приводов лучше использовать ВБИ в корпусе DIP (сквозного монтажа). Эти устройства имеют большие габариты и лучшую способность обработки тока, эффективно управляя высокими энергетическими импульсами и обеспечивая стабильность цепей управления в жестких условиях.
8. Руководство по выбору
При выборе ВБИ необходимо учитывать рабочее напряжение двигателя, допустимую энергию импульса и пространственные ограничения:
Устройства с низким потреблением мощности → MOVы серии SMD
Системы средней и высокой мощности → MOVы типа DIP
Также рекомендуется комбинировать MOVы с фильтрами BDL для повышения общей эффективности подавления ЭМИ.
9. Результаты сравнительных испытаний
Без защиты: наблюдается значительный уровень шума ЭМИ и серьезное воздействие импульсных перенапряжений.
При использовании решения MOV + BDL: пиковые напряжения эффективно ограничиваются, уровни ЭМП снижаются, а результаты тестов остаются стабильными и соответствующими требованиям.
Для точного анализа рекомендуется использовать формы сигналов осциллографа до и после импульсных событий, а также измерения спектра ЭМП.
10. Преимущества и ограничения MOV
Преимущества:
Экономическая эффективность
Зрелая технология и стабильная производительность
Высокая способность к перегрузочному току
Быстрое время отклика
Снижает необходимость в дополнительных компонентах фильтрации
Ограничения:
Относительно больший размер, не идеально подходит для высокоинтегрированных конструкций
Высокая паразитная ёмкость, не подходит для высокоскоростных линий сигнала
Примечания по использованию:
Эксплуатируйте в пределах указанного температурного диапазона
Избегайте очистки сильными полярными растворителями
Избегайте механического напряжения или деформации
Закрепите компоненты перед изгибом выводов, соблюдая расстояние ≥ 2 мм от слоя изоляции
11. Заключение
В сложных электромагнитных средах выбор подходящих компонентов защиты от перенапряжений, ориентированных на конкретные потребности приложения, является ключевым для долгосрочной стабильности систем управления двигателем.
Дисковые разрядники (MOVs) предлагают экономически эффективное решение ЭМС для систем с щеточными двигателями благодаря их отличной способности обрабатывать ток, доступности и зрелому процессу производства. Надеемся, что этот анализ предоставит ценную информацию и практические рекомендации для инженеров в данной области.
EN
