ちょっと、そこ！モーターとドライバーのサプライヤーとして、私はモータードライバーの電磁干渉 (EMI) を低減する方法についてよく質問を受けます。 EMI は非常に厄介な問題であり、信号干渉、誤動作、さらにはコンプライアンス問題など、あらゆる種類の問題を引き起こす可能性があります。そこで、この問題に取り組むのに役立つように、私が長年にわたって見つけてきたいくつかのヒントとコツを共有したいと思いました。
モータードライバーのEMIを理解する
解決策に入る前に、EMI とは何か、そしてなぜそれがモーター ドライバーで問題となるのかを簡単に説明しましょう。 EMI は基本的に、電気機器によって生成される不要な電磁放射です。モータードライバーの場合、この放射は、パワートランジスタのスイッチング、モーター巻線を流れる電流、モーターと電源間の相互作用など、さまざまな要因によって発生する可能性があります。
EMI の問題は、近くにある他の電子機器に干渉し、電子機器が誤動作したり、不正確な測定値が得られたりする可能性があることです。これは、医療機器、航空宇宙システム、産業オートメーションなど、精度と信頼性が重要なアプリケーションでは大きな問題となる可能性があります。
モータードライバーのEMIを低減するためのヒント
EMI とは何か、そしてなぜそれが問題なのかを理解したところで、モーター ドライバーで EMI を低減するためのヒントをいくつか見てみましょう。
1. 適切なコンポーネントを選択する
EMI を低減するための最も重要な手順の 1 つは、モーター ドライバーに適切なコンポーネントを選択することです。これには、電磁放射を最小限に抑えるように設計された高品質のパワー トランジスタ、コンデンサ、インダクタの選択が含まれます。スイッチング損失が低く、効率が高く、優れた EMI 抑制特性を備えたコンポーネントを探してください。
たとえば、パワートランジスタを選択する場合は、スイッチング速度が速く、オン抵抗が低いものを選択してください。これにより、スイッチング中に消費されるエネルギー量が減少し、結果として発生する EMI の量が減少します。同様に、コンデンサとインダクタを選択するときは、自己共振周波数が高く、等価直列抵抗 (ESR) が低いものを選択してください。これは、高周波ノイズを除去し、モータードライバーから放射される EMI の量を減らすのに役立ちます。
2. 適切な PCB レイアウト技術を使用する
EMI を低減するためのもう 1 つの重要な要素は、プリント基板 (PCB) のレイアウトです。 PCB の設計が不十分だと大量の電磁放射が発生する可能性があるため、これを最小限に抑えるために適切なレイアウト技術を使用することが重要です。
最も重要なレイアウト手法の 1 つは、電源トレースと信号トレースを分離しておくことです。これにより、2 つの間の結合量が減少し、結果として生成される EMI の量が減少します。さらに、PCB 上でグランド プレーンを使用して、リターン電流の低インピーダンス パスを提供することが重要です。これは、モータードライバーによって生成される電磁放射の量を減らすのに役立ちます。
もう 1 つの重要なレイアウト テクニックは、適切なデカップリング コンデンサを使用することです。デカップリング コンデンサは、高周波ノイズを除去し、モーター ドライバーに安定した電源を供給するために使用されます。電源配線の長さを最小限に抑えるために、デカップリング コンデンサをモーター ドライバーの電源ピンのできるだけ近くに配置してください。
3. EMIフィルタリングを実装する
適切なコンポーネントを選択し、適切な PCB レイアウト技術を使用することに加えて、モーター ドライバーに EMI フィルタリングを実装することも重要です。 EMI フィルターは、高周波電磁放射を遮断または減衰するために使用され、モーター ドライバーから放射される EMI の量を削減するのに役立ちます。
使用できる EMI フィルタには、コモンモード チョーク、差動モード チョーク、コンデンサなど、いくつかの種類があります。コモンモード チョークは、電力線と戻り線の両方に存在するノイズであるコモンモード ノイズを除去するために使用されます。差動モード チョークは、電源線と戻り線の間に存在するノイズである差動モード ノイズを除去するために使用されます。コンデンサは、高周波ノイズを除去し、戻り電流に低インピーダンスの経路を提供するために使用されます。
EMI フィルタリングを実装する場合、アプリケーションに適したタイプのフィルタを選択することが重要です。フィルタリングしようとしている EMI の周波数範囲と、モーター ドライバーと電源のインピーダンスを必ず考慮してください。さらに、電源と信号の配線の長さを最小限に抑えるために、EMI フィルターをモーター ドライバーのできるだけ近くに配置することが重要です。
4. シールドを使用する
EMI を低減するもう 1 つの効果的な方法は、シールドを使用することです。シールドは、電磁放射をブロックまたは減衰するために、モータードライバーを金属などの導電性材料で囲むプロセスです。
ファラデー ケージ、導電性ガスケット、シールド ケーブルなど、使用できるシールドにはいくつかの種類があります。ファラデーケージは、モータードライバー全体を導電性材料で囲むために使用され、電磁放射をブロックまたは減衰するのに役立ちます。モータードライバーと筐体の間の隙間をシールするために導電性ガスケットが使用されており、電磁放射の漏洩を防ぎます。モータードライバーと電源およびモーターの接続にはシールドケーブルが使用されており、ケーブルから放射される電磁放射の量を低減します。
シールドを使用する場合、シールドが適切に接地されていることを確認することが重要です。これは、リターン電流に低インピーダンスの経路を提供し、モータードライバーによって生成される電磁放射の量を減らすのに役立ちます。
5. モーター設計の最適化
最後に、EMI を低減するにはモーター設計を最適化することが重要です。これには、適切なタイプのモーターの選択が含まれます。ブラシレスマシンまたはNema 17 統合ステッピング モーター、電磁放射を最小限に抑えるようにモーターを設計します。
モーター設計で最も重要な要素の 1 つは巻線構成です。巻線の構成は、モーターによって生成される電磁放射の量に大きな影響を与える可能性があります。たとえば、デルタ巻線構成のモーターは、スター巻線構成のモーターよりも多くの電磁放射を生成します。
モーター設計におけるもう 1 つの重要な要素は、磁性材料の使用です。磁性材料を使用すると、モーターによって発生する電磁放射の量を減らすことができます。たとえば、積層ステータコアを備えたモーターは、ソリッドステーターコアを備えたモーターよりも電磁放射の発生が少なくなります。
結論
モータードライバーのEMIを低減することは、コンポーネントの選択、PCBレイアウト、EMIフィルタリング、シールド、モーター設計などのいくつかの要素を慎重に検討する必要がある重要なタスクです。このブログ投稿で概説されているヒントとテクニックに従うことで、モーター ドライバーによって生成される電磁放射の量を最小限に抑え、必要な EMI 規格を確実に満たすことができます。
EMIを最小限に抑えるように設計された高品質のモーターとドライバーをお探しなら、当社以外に探す必要はありません。電源アダプター、ブラシレスマシン、 そしてNema 17 統合ステッピング モーター。当社は、さまざまな用途のニーズを満たすよう設計された幅広い製品を提供しており、当社の専門家チームがいつでもお客様の特定の要件に適した製品の選択をお手伝いいたします。
ご質問がある場合、またはモーターとドライバーのニーズについて相談したい場合は、お気軽にお問い合わせください。お客様のアプリケーションに最適なソリューションを見つけるお手伝いをさせていただきます。
参考文献
- 「電磁両立性工学」ヘンリー・W・オット著
- 「モーター駆動システム: モデリング、分析、および制御」Huseyin Bilgin および Timothy G. Habetler 著
- 「パワー エレクトロニクス: コンバータ、アプリケーション、および設計」Ned Mohan、Tore M. Undeland、William P. Robbins 著
