BLDC モータードライバーの電磁干渉 (EMI) を軽減するにはどうすればよいですか?

電磁干渉 (EMI) は、BLDC モータードライバーの動作における一般的な課題です。 BLDC モータードライバーの大手サプライヤーとして、当社は製品の信頼性と効率性を確保するために EMI を最小限に抑えることの重要性を理解しています。このブログでは、BLDC モータードライバーの EMI を低減するためのさまざまな戦略を検討します。

BLDC モータードライバーの電磁干渉について

ソリューションを詳しく説明する前に、BLDC モータードライバーで EMI がどのように発生するかを理解することが重要です。 BLDC モータードライバーは通常、MOSFET や IGBT などのパワースイッチで構成されており、素早くオン/オフを切り替えてモーターの速度とトルクを制御します。これらの高周波スイッチング動作により、電流と電圧が急速に変化し、電磁界が発生します。これらの電磁場は周囲の環境に放射したり、他の回路に結合したりして、他の電子機器との干渉を引き起こす可能性があります。

EMI には、伝導 EMI と放射 EMI の 2 つの主なタイプがあります。伝導EMIは電力線や信号線を通じて伝わり、放射EMIは電磁波として空気中に放出されます。どちらのタイプも、BLDC モータードライバー自体や近くの他の電子システムのパフォーマンスに悪影響を与える可能性があります。

PCB 設計の考慮事項

コンポーネントの配置

EMI を低減するには、プリント基板 (PCB) 上にコンポーネントを適切に配置することが重要です。 MOSFET やモーター巻線などのパワー段コンポーネントは、大電流経路のループ面積を最小限に抑えるために、できるだけ近くに配置する必要があります。ループ面積が小さくなると、電流の変化によって生成される磁場が減少し、それによって放射される EMI が減少します。

一方、制御回路は、高周波ノイズの結合を防ぐためにパワー段から分離する必要があります。たとえば、マイクロコントローラーとゲートドライバー回路は、高電力コンポーネントから離れた PCB の別の領域に配置する必要があります。

Brushless DC Motor Electronic 48V 1500W BLDC Motor Controller

接地

EMI を低減するには、適切に設計された接地システムが不可欠です。 BLDC モータードライバーには、多くの場合、一点接地方式が推奨されます。この方式では、すべてのグランド接続が PCB 上の 1 点に接続されます。これは、アンテナとして機能して EMI を放射する可能性があるグランドループを防ぐのに役立ちます。

電源グランドと信号グランドも分離し、1点で接続してください。これにより、パワー段からの大電流ノイズが敏感な制御信号に干渉するのを防ぎます。

痕跡と平面

PCB トレースの幅と長さは、EMI に大きな影響を与える可能性があります。抵抗とそれに伴う電圧降下を減らすために、高電流経路には幅広の配線を使用する必要があります。インダクタンスと電磁場の放射を最小限に抑えるには、短い配線が推奨されます。

PCB 上で電源プレーンとグランドプレーンを使用することも、EMI の低減に役立ちます。電源プレーンは電源に低インピーダンスの経路を提供し、グランドプレーンは PCB の異なる層間の電磁界の結合を低減するシールドとして機能します。

フィルタリング技術

入力フィルタリング

入力フィルタは通常、伝導 EMI を低減するために BLDC モータドライバの電源入力で使用されます。一般的なタイプの入力フィルタは LC フィルタで、インダクタ (L) とコンデンサ (C) で構成されます。インダクタは高周波電流をブロックし、コンデンサは高周波電流をグランドに分流します。

インダクタとコンデンサの値は、BLDC モータドライバの動作周波数と必要な EMI 抑制レベルに基づいて慎重に選択する必要があります。たとえば、インダクタの値を大きくすると、高周波減衰が向上しますが、フィルタのサイズとコストも増加する可能性があります。

出力フィルタリング

出力フィルタリングを使用して、モータードライバーによって生成される EMI を低減することもできます。モータードライバーとモーターの間にローパスフィルターを追加して、出力電圧と電流の高周波成分を除去できます。これは、モーター巻線からの電磁放射を減らすのに役立ちます。

ただし、出力フィルタリングは、速度やトルク応答などのモーターの動的性能にも影響を与える可能性があります。したがって、フィルタの設計は、EMI 低減とモータ性能のバランスをとるように最適化する必要があります。

シールド

コンポーネントのシールド

MOSFET やインダクターなど、BLDC モータードライバーの一部のコンポーネントは、電磁放射を低減するためにシールドできます。シールドは、金属筐体またはコンポーネントの周囲の導電性コーティングを使用することで実現できます。

シールドの有効性を確保するには、シールドを適切に接地する必要があります。接地されたシールドは、コンポーネントによって生成される電磁場を吸収し、周囲の環境への放射を防ぐことができます。

エンクロージャのシールド

BLDC モータードライバー全体を金属ケースに収めて、全体をシールドすることができます。金属製のエンクロージャはファラデーケージとして機能し、放射 EMI がドライバから漏れるのを防ぎ、外部の電磁干渉からもドライバを保護します。

エンクロージャは良好な導電性を持ち、適切に接地されている必要があります。通気孔やケーブル入口点などの筐体内の開口部は、電磁場の漏洩を最小限に抑えるように慎重に設計する必要があります。

スイッチング周波数の最適化

BLDC モータードライバーのスイッチング周波数は、EMI に直接影響します。スイッチング周波数が高くなると、電流と電圧の急激な変化が発生するため、一般に EMI 問題がより深刻になります。ただし、スイッチング周波数が高くなると、フィルタコンポーネントが小さくなったり、モータ制御性能が向上したりするなど、いくつかの利点も得られます。

したがって、特定のアプリケーション要件に基づいて最適なスイッチング周波数を選択する必要があります。場合によっては、可変スイッチング周波数を使用して、EMI スペクトルをより広い周波数範囲に広げ、ピーク EMI レベルを低減できます。

ソフト - スイッチング技術

ソフトスイッチング技術を使用すると、電源スイッチのスイッチング遷移中に生成される EMI を低減できます。従来のハードスイッチング回路では、スイッチにかかる電圧と電流が同時に変化し、その結果、高周波スパイクや電磁放射が発生します。

ゼロ電圧スイッチング (ZVS) やゼロ電流スイッチング (ZCS) などのソフトスイッチング技術により、スイッチングが発生する前にスイッチの両端の電圧または電流がゼロになることが保証されます。これにより、スイッチング損失とスイッチングプロセス中に発生するEMIが低減されます。

結論

BLDC モータードライバーの電磁干渉を軽減することは、複雑ではありますが、不可欠な作業です。適切な PCB 設計、フィルタリング、シールド、スイッチング周波数の最適化、およびソフトスイッチング技術を実装することにより、EMI レベルを大幅に低減し、BLDC モータドライバの信頼性と性能を向上させることができます。

BLDC モータードライバーのサプライヤーとして、当社は低 EMI で高品質の製品を提供することに尽力しています。私たちの48V 1500W BLDCモーターコントローラー、ブラシレス DC モーター電子、そして48V 750W BLDCモーターコントローラーは、さまざまなアプリケーションの厳しい要件を満たすために、高度な EMI 低減技術を使用して設計されています。

当社の BLDC モータードライバーにご興味がある場合、または EMI 低減についてご質問がある場合は、調達および詳細な打ち合わせについてお気軽にお問い合わせください。