Оптимізована застосування варисторів на основі оксидів металів (MOVs) у системах електродвигунів

1. Вступ

Щеткові ДС-мотори широко використовуються у компактній техніці, електроінструменті, іграшках та автотехніці через свою просту структуру, низьку вартість та гнучке керування. Їх робота заснована на комутації за допомогою щіток та комутатора, що дозволяє постійний обертоваючий рух шляхом періодичного перемикання струму в обмотках якоря.
Незважаючи на виклики, такі як зношування щіток та електричний шум, щеткові мотори залишаються незамінними в деяких застосуваннях завдяки своїм відмінним характеристикам керування швидкістю та доведеній структурній надійності.

2. Проблеми електромагнітних збурень та стратегії захисту

Під час роботи щеткові мотори генерують дуги та короткочасні підвищення напруги під час комутації щіток, що призводить до:

Високонапружених підвищень, які можуть пошкодити чутливі компоненти схем.

Занадто високий ЕМЗ (електромагнітний збурювач), що може заваджувати відповідності стандартам ЕМС.

Хоча фільтри BDL (нижньочастотні фільтри, складені з спільних душень і конденсаторів) часто використовуються для підтримки сигналу, вони іноді бувають недостатніми у складних середовищах. Тому рекомендується інтегрувати стискуючі діоди на основі оксиду цинку (MOVs) паралельно у схемі як надійне та ефективне рішення захисту від перепадів напруги.

3. Принцип роботи MOVs

MOVs - це пристрої типу "зажим", які мають нелінійну характеристику напруга-потік, складені з запресованого мікроциклічного оксиду цинку та високоопорного диелектрика.
При нормальних значеннях напруги MOVs мають надмірно високий опір і залишаються непровідними. Коли прикладена напруга перевищує порогове значення, всередині пристрою утворюється шлях низького опору, що швидко проводить потік і обмежує перенапрузку до безпечного рівня, захищаючи компоненти нижче по ланцюгу від пошкодження через перепади.

4. Порівняння з діодами TVS

Діоди TVS (Заглушення Перехідних Напруг) використовують п'єроздування напівпровідників PN і є ідеальними для захисту високочастотних, швидкодійних даних. Навпаки, MOV, які є полікристалічними керамічними композитами, пропонують більшу здатність до поглиблення енергії та обробки струму, що робить їх придатними для ліній забезпечення струмом AC та високопотужного обладнання.
Крім того, через їх відносно велику паразитну ємність, MOV можуть замінювати 2 до 5 дискретних фільтруючих конденсаторів у деяких схемах, сприяючи більш оптимізованому загальному дизайну.

5. Головні параметри MOV

Vrms / Vw: Максимальне неперервне рабоче напруга без активації.

IL: Потік течії під максимальним операційним напругом, зазвичай ≤ 20 μA.

V1mA: Напруга пробиття, виміряна при потоці 1 мА, близька до порогу активації пристрою.

Vc: Максимальне клампуюче напруження під дією стандартної хвиля розряду 8/20 μs (час наростання 8 μs, тривалість напівпіку 20 μs).

IPP: Піковий потенціал стійкості до розрядів у заданих тестових умовах (хвиля 8/20 μs, два імпульси, інтервал 2 хвилини).

6. Застосування упаковки SMD

Для маломірних чотириполюсних ДК-моторів та компактної електронної продукції рекомендується використовувати SMD-типи MOV. Ці компоненти мають невеликий розмір та просте монтажування, що ідеально підходить для застосунків з вимогами до захисту від імпульсів короткої тривалості та низької амплітуди.

7. Застосування у корпусах DIP

Для високомощних моторів та промислових приводів краще використовувати MOV у корпусах DIP (протягом). Ці пристрої мають більші габаритні розміри та кращу здатність до обробки струму, ефективно керуючи високосильними імпульсами та забезпечуючи стабільність керуючих кол цircuit у важких умовах.

8. Правила вибору

При виборі MOV необхідно враховувати напругу роботи мотора, дозволену енергію імпульсу та просторові обмеження:

Прилади з низьким потужністю → MOVи серії SMD

Середньопотужні та високопотужні системи → MOVи типу DIP

Також рекомендується комбінувати MOVи з фільтрами BDL для покращення загального показника підтримки EMI.

9. Результати порівняльних тестів

Без захисту: виявлено значний електромагнітний шум та сильне вплив привалів.

З рішенням MOV + BDL: пікові напруги ефективно обмежуються, рівень ЕМІ зменшується, а результати тестування стабільні та відповідають нормам.

Для точного аналізу радяться подати траси осцилографа до і після суржових подій, разом із вимірюваннями спектру ЕМІ.

10. Переваги та обмеження MOV

Переваги:

Вартісна ефективність

Доросла технологія та стабільна продуктивність

Висока миттєва потужність струму

Швидкий час відгуку

Зменшує необхідність у додаткових фільтрувальних компонентах

Обмеження:

Відносно великий розмір, не ідеальний для високостепеневої інтеграції у дизайн

Висока паразитна ємність, непридатна для швидких сигналів

Зауваження щодо використання:

Експлуатація в межах вказаного температурного діапазону

Уникайте очищення сильними полярними розчинниками

Уникайте механічного напруження або деформації

Закріплюйте компоненти перед гнученням контактів, підтримуючи відстань ≥ 2мм від шару ізоляції

11. Висновок

У складних електромагнітних середовищах вибір відповідних компонентів захисту від перенапружень, які підходять до конкретних потреб додатку, є ключовим для довгострокової стабільності систем керування моторами.
ВАП надають витратний розв'язок ЕМС для систем з чотирьохщетинкових моторів завдяки своєму відмінному потужному обробленню, доступній ціні та зрілому процесу виготовлення. Сподіваємося, що цей аналіз надав цінних інсайтів та практичних порад інженерам у галузі.