Zakłócenia EMI w sterownikach AGD — źródła i redukcja

W aplikacjach AGD wykorzystujących silniki szczotkowe i bezszczotkowe (BLDC) obserwuje się emisję zakłóceń elektromagnetycznych w paśmie 150 kHz–30 MHz. Ich źródłem są najczęściej szybkie przełączania tranzystorów w topologiach mostka H (full-bridge lub half-bridge) z modulacją PWM w zakresie 12–32 kHz.

Typowe źródła zaburzeń EMI

• strome zbocza sygnału na drenach tranzystorów (dV/dt > 20 V/ns),
• przewodzenie impulsowe przez przewody zasilające i masowe,
• przebicia bramek przez efekt Millera przy nieprawidłowym dead-time,
• nieekranowane pętle prądowe między driverem a tranzystorem mocy,
• brak elementów tłumiących w torze wysokiej częstotliwości (snubbery, ferrytowe filtry).

Objawy przekroczenia norm

W warunkach laboratoryjnych rejestrowane były przekroczenia limitów emisji przewodzonej QP o 10–14 dBµV, głównie w zakresie 180–250 kHz. Objawiało się to zakłóceniami pracy sąsiednich układów (I²C, UART), błędami ADC oraz zakłóceniami radiowymi w paśmie AM.

Przykład redukcji emisji

Układ: mostek H 380 VDC, PWM 24 kHz, IR2110, MOSFET 60 V
Problemy: QP +12.8 dBµV @ 240 kHz, overshoot 96 V, błędy UART
Działania:
- dodano RC snubber 10 Ω / 1 nF
- ferryt 600 Ω @ 100 MHz przy drenach
- rezystor bramkowy 33 Ω
Efekt: spadek emisji o 67%, brak błędów komunikacyjnych

Uwagi do projektowania

• pętla źródło–bramka–driver powinna być możliwie krótka i zwarta,
• należy unikać prowadzenia masy logicznej i mocy wspólnymi ścieżkami,
• bootstrap powinien być ekranowany i stabilizowany (Cboot > 220 nF),
• warto rozważyć soft-switching lub ograniczenie slew-rate przez Rg.