MOSFET là một thiết bị chuyển mạch được mô hình hóa trong tiểu luận này như là một chuyển đổi song song với hai tụ điện, thể hiện trong Hình 7.1. Tụ chuyển tiếp Cj liên quan đến dòng phục hồi ngược và điện dung Ck như là điện dung kí sinh giữa cực máng và
đất. Cả Cj và Ck có thể đo được. Thời gian bật và tắt của chuyển mạch được thiết lập thông qua tham số trong mô hình chuyển mạch được đo trong thí nghiệm.
Hình 7.1: Mô hình MOSFET cho tần số cao 2.6.2 Phân tích sự vận hành
Sau khi nảy lên nhất thời, rơle sẽ ở trong trạng thái ổn định. Lúc này, tất cả các rơle được xem như trở kháng thấp. MOSFET là một thành phần chuyển mạch mà làm cho điện áp và dòng điện thay đổi đột ngột.
Bởi vì MOSFET có một tham số chuyển mạch ổn định hơn so với bộ đảo chiều, ví dụ thời gian nhất thời, khoảng thời gian, nhiễu gây ra bởi sóng PWM như là nhiễu băng thông hẹp.
Trong phần này, người ta sử dụng một sản phẩm thực sự để mô phỏng và xác nhận mô hình của họ trên một chu kì chuyển đổi PWM hoàn toàn.
Tần số của PWM là 100kHz, và tần số này không thể thấp hơn 15kHz, nếu không thì tạp âm được tạo ra. Do đó, một yếu tố khác đối với sự ưu tiên cho tần số PWM cao là kích thước của bộ lọc có thể được giữ nhỏ. Sử dụng Hình 7.2 để minh họa của chuyển đổi PWM nhất thời.
Trong pha 1, MOSFET được bật trước tiên. Dòng từ nguồn chảy qua môtơ sau đó đi qua MOSFET và trở lại nguồn. Trong pha 2, MOSFET tắt, dòng điện trong các cuộn cảm không thể thay đổi ngay lập tức, cực tính của điện áp qua các cuộn cảm sẽ bị đảo ngược do lực điện từ khi di/dt <0, điện áp này sẽ chuyển tiếp đến điốt thiên áp, sau đó điốt này dẫn dòng điện vòng ra bao phủ. Các khối trong hình 7.2 có dòng di/dt cao, phát ra bức xạ có hiệu quả như một ăng-ten vòng. Chúng ta gọi dòng trong mạch vòng này như dòng điốt.
Bên cạnh dòng điốt, dòng điện với gợn sóng được sinh ra giữa nguồn cung cấp điện và bộ SCU, giữa bộ SCU và môtơ khi môtơ đang chạy ở chế độ PWM. Vị trí của nó được minh họa trong Hình 7.3.
Hình 7.3: Các mạch vòng dòng điện DM chính khi bộ SCU làm việc ở chế độ PWM
Các kết quả đo lường trong miền thời gian của ba dòng DM này được thể hiện trong Hình 7.4.
(a) Dòng điốt (b) Dòng DM tại cáp môtơ (c) Dòng DM tại cáp nguồn và bộ SCU (0.44A/div 2μs/div) (4.4mA/div 5μs/div) (0.22mA/div 10μs/div)
Chúng ta thấy một độ gợn sóng nhỏ ở bề mép đi xuống của dạng sóng dòng điốt. Nó là do một chế độ cộng hưởng mới mà không có trong sản phẩm thực. Chế độ cộng hưởng này được tạo ra bởi một dây mở rộng đưa vào vòng mạch dòng điốt để nối với cái kẹp của đầu dò dòng điện. Phổ của các dòng DM cũng được hiển thị trong Hình 7.5.
(a) Dòng điốt (b) Dòng DM tại cáp môtơ (c) Dòng DM tại cáp nguồn-SCU
Hình 7.5: Phổ của dòng DM khi môtơ vận hành trong chế độ PWM (đo lường)
Dòng điốt có một mức cao nhất trong các tín hiệu DM này. Nó bắt đầu từ 100dBμA tại 400kHz và theo độ dốc -20dB/dec. Do sự tăng mạnh biên của dòng điốt khoảng 100ns, độ dốc suy giảm -20dB/dec dưới 3MHz.
Dòng điện DM của cáp môtơ là 70dBμA tại 400kHz và theo sau một độ dốc suy giảm nhanh hơn đến -40dB/dec. Dòng DM tại cáp môtơ – nguồn là 20dBμA ở 400kHz và cũng theo sau một độ dốc suy giảm -40dB/dec.
So với dòng điốt, phổ của các dòng DM tại cáp môtơ và cáp nguồn-SCU giảm nhanh hơn nhiều, điều này làm cho dòng điốt trờ thành nguồn chính của bức xạ phát ra thấp hơn 3MHz.
Trong Hình 7.5 (a) và (b), có hai đường cong trình bày kết quả đo khi vỏ môtơ có hoặc không có kết nối đến một mặt phẳng kim loại. Ta nhận thấy rằng khi thay đổi cấu hình hệ thống dây dẫn, dòng điện chế độ sai khác là thay đổi không đáng kể. Điều này thực tế do dòng DM là một dòng chức năng. Phổ của các dòng DM liên quan đến cấu hình mạng của mạch và giá trị các thành phần trong bộ SCU và môtơ. Ta cũng có thể tìm thấy từ hình trên rằng dòng DM chủ yếu tập trung tại tần số thấp. Kết luận này có lợi để xác định một nguồn nhiễu.
Kết quả mô phỏng và kết quả đo của dòng điốt được so sánh trong Hình 7.7.
(a) Kết quả mô phỏng (0.1A/div 1μs/div) (b) Kết quả đo lường (0.44A/div 2μs/div) Hình 7.7: So sánh dòng điốt giữa phép đo và mô phỏng
2.6.3 Kết luận
Sự nhất thời của tín hiệu PWM gây ra hai nguồn nhiễu chính bởi vì sự gia tăng biên mạnh. Để giảm ảnh hưởng của hai nguồn nhiễu này đó là dòng điốt và dòng DM trong cáp môtơ, dưới đây là kết luận hướng dẫn khi thiết kế EMC:
1. Các vùng có vòng di/dt cao phải càng nhỏ càng tốt. Bằng cách giảm diện tích vòng xuống 1/10, mức phát xạ sẽ giảm hơn 20dB.
2. Nếu có thể, sử dụng tần số làm việc là 70kHz, bởi vì các thành phần sóng hài thứ nhất và thứ hai nhỏ hơn các tần số thấp nhất theo yêu cầu của CISPR-25.
3. Nếu có thể, điều chỉnh tần số chuyển mạch trong 100Hz. Nó sẽ làm phẳng phổ EMI.
4. Nếu các điều khoản nêu trên không thể thỏa mãn được, giải pháp khác là việc xoắn các đường trong PCB (sự hủy bỏ lẫn nhau giữa các dòng). Nó được thể hiện trong Hình 7.12.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 7.12: Phương pháp giảm nhiễu được đề xuất bằng cách xoắn đường đi
5. Trường hợp sử dụng một bộ SCU nhựa bọc kim loại chắc chắn sẽ làm giảm mức độ EMI dưới 2MHz, nhưng điều đó thì tốn kém.
6. Để triệt bức xạ phát ra trên 2MHz, kỹ thuật đầu tiên là cô lập vỏ môtơ với thân xe. Nếu chúng ta sử dụng bao bọc cách điện hoặc vít nhựa, điện dung giữa vỏ môtơ và thân xe nên được giữ dưới 5pF. Nếu điều kiện này được thỏa mãn, phát xạ dòng CM là không đáng kể.
7. Nếu các điều khoản nêu trên không thể được thỏa mãn, thực hiện cân bằng dây dẫn bằng cách xoắn chúng.
8. Nếu dòng CM đã được tạo ra, nhưng chúng ta có thể hạn chế chúng trong một khu vực nhỏ bằng cách thêm vào một "dây thứ ba" giữa vỏ môtơ và đất của bộ SCU, giữ dây ngắn và chạy dọc theo hai dây dẫn khác. Đề xuất này hiệu quả nhất khi vỏ môtơ và cực âm của nguồn được kết nối với thân xe.
9. Điều khoản tiếp theo là dời các đỉnh cộng hưởng ra ngoài băng thông quan trọng. Bằng cách làm giảm chiều dài dây dẫn giữa môtơ và bộ SCU hoặc sử dụng varistor với điện dung nhỏ hoặc thay thế varistor bằng các điốt, tần số cộng hưởng cáp môtơ sẽ rất cao hoặc thậm chí sẽ biến mất.
Chương 3: