Optimalizované použitie metaloxidových varistorov (MOVs) v motorných systémoch

1. Úvod

Obojkové DC motory sa široko používajú v kompaktných strojoch, elektro nástrojoch, hračkách a automobilových elektronických zariadeniach kvôli jednoduchej štruktúre, nízkym nákladom a flexibilnému ovládaniu. Ich prevodníctvo funguje na základe kontaktov cez obojky a komutátory, čo umožňuje spojitú rotáciu prostredníctvom periodického prepínania prúdu v armatúrových závitoch.
Navzdory výzvam, ako sú opotriešenie obojkov a elektromagnetický šum, zostávajú obojkové motory v určitých aplikáciách neodstrániteľné kvôli ich vynikajúcim charakteristikám rýchlostného ovládania a dokázanému spolehlivému usporiadaniu.

2. Problémy s elektromagnetickým rušením a strategie ochrany

Počas prevádzky vytvárajú kartové motory jiskry a dočasné preťaženia napätia počas komutácie kart, čo spôsobuje:

Vysokookie preťaženia, ktoré môžu poškodiť citlivé komponenty obvodu.

Prílišné EMI (elektromagnetické rušenie), ktoré môže brániť v dodržiavaní štandardov EMC.

Hoci sa bežne používajú filtre BDL (nizkopasmové filtre tvorené spoločnými indukciiami a kondenzátormi) na potlačovanie rušenia, niekedy nie sú postačujúce v zložitých prostrediah. Preto sa odporúča integrovať varistory z kovovej oxidovej (MOVs) paralelne v obvode ako spolehlivé a efektívne riešenie ochrany pred preťaženiami.

3. Princíp funkcie MOV

MOV sú zariadeniami typu preklopenie s nelineárnymi vlastnosťami napätia a prúdu, ktoré sú tvorené spälenými mikrokristálmi oxidu zineku a vysoko-odpornými izolujúcimi médiami.
V normálnych podmienkach napätia majú MOV extrémne vysoký odpor a zostávajú neprvénnymi. Keď sa použité napätie pripája nad práhovú hodnotu, vznikne v zariadení cesta s nízkym odporom, ktorá rýchlo prevádza prúd a obmedzuje prekorenie na bezpečnú úroveň, čím chráni komponenty v dolnej časti obvodu pred poškodením vyvolaným prerušením.

4. Porovnanie s TVS diódami

Diódy TVS (Transient Voltage Suppression) používajú polovodičové PN spoje a sú ideálnymi riešeniami na ochranu vysokofrekvenčných, rýchlych dátových signálov. Na oprotreť, MOV, akože sú polokrystalinové keramické kompozity, ponúkajú vyššiu schopnosť absorpcie energie a schopnosti spracovania prúdu, čo ich robí vhodnými na použitie v AC sieťoch a vysoce výkonných zariadeniach.
Ďalej, kvôli ich relatívne veľkej parazitnej kapacite, môžu MOVy v nektorých obvodoch nahradiť 2 až 5 diskrétnych filtračných kondenzátorov, čo prispeje k viac optimalizovanému celkovému dizajnu.

5. Klúčové parametre MOVov

Vrms / Vw: Maximálna spojitá prevádzková napätie bez aktívacie.

IL: Utečový prúd pri maximálnom prevádzkovom napätí, typicky ≤ 20 μA.

V1mA: Prahové napätie zmerné pri prúde 1 mA, blízko k práhovej hodnote aktívacie zariadenia.

Vc: Maximálna útlmiestna napäťová hodnota pri štandardnom impulznom obnose 8/20 μs (8 μs čas nárastu, 20 μs polovica trvania piku).

IPP: Maximálny vrcholový prúd impulzu podľa špecifikovaných testovacích podmienok (obnos 8/20 μs, dva impulzy, interval 2 minúty).

6. Aplikácie balíčkov SMD

Pre malé kartáčové DC motory a kompaktné elektronické produkty sú odporúčané MOV komponenty typu SMD. Tieto komponenty ponúkajú malé rozmery a jednoduchú inštaláciu, ideálne pre aplikácie s požiadavkami na krátke impulzy s nízkou amplitudou.

7. Aplikácie balíčkov DIP

Pre vysoko výkonné motory a priemyselné pohony sú preferované DIP (through-hole) MOV. Tieto zariadenia majú väčšie faktory tvaru a vynikajúcu zvládnutie prúdu, efektívne zvládnu vysoké energetické prudké vlny a zabezpečujú stabilitu ovládacieho obvodu v drsných prostrediach.

8. - Čo? Smernice pre výber

Výber MOV by mal zohľadňovať prevádzkové napätie motora, povolenú energiu prudkého nárastu a priestorové obmedzenia:

Zariadenia s nízkym výkonom → MOV série SMD

Systémy so stredným až vysokým výkonom → MOV typu DIP

Kombinovanie MOV s filtрамi BDL sa tiež odporúča na zvýšenie účinnosti potlačovania EMI.

9. Výsledky porovnávacieho testu

Bez ochrany: Pozorovaný významný EMI šum a vážne dopady prehánok.

S riešením MOV + BDL: Prehnané napätia sú účinne obmedzené, úroveň EMI snížená a výsledky testov stabilné a v súlade so štandardmi.

Pre presnú analýzu sa odporúčajú osciloskopové krivky pred a po prehánkach spolu s meraniami EMI spektra.

10. Výhody a obmedzenia MOVs

Výhody:

Nákladovo efektívny

Zrelá technológia a stabilná výkonoschopnosť

Vysoká kapacita prechodového prúdu

Rýchla reakčná časovka

Zníži potrebu po ďalších filtrovacích komponentoch

Obmedzenia:

Relatívne väčšia veľkosť, nie ideálne pre vysoce integrované dizajny

Vysoká parazitná kapacita, nevhodné na vysokoškrté signálne linky

Poznámky k použitiu:

Funkčnujte v rámci uvedenej teplotnej škály

Vyvarujte sa čistenia silnými polárnymi rozpúšťadlami

Predchádzajte mechanickému stresu alebo deformácii

Pripojte komponenty pred ohýbaním vodičov, pokiaľ je možné ≥ 2mm od izolačnej vrstvy

11. Záver

V komplexných EMČ prostrediaoch je dôležité vybrať vhodné komponenty na ochranu pred prehltením, ktoré sú prispôsobené špecifickým potrebám aplikácie, aby sa zabezpečila dlhodobá stabilita systémov na ovládanie motorov.
MOVs ponúkajú ekonomické riešenie EMČ pre motory s uhliekovými čepeňami danky svojej vynikajúcej schopnosti spracovávať prúd, lacnosti a zrelému výrobnému procesu. Dúvame, že táto analýza poskytne inžinierom v teréne cenné poznatky a praktické smernice.