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调速电机整改案例分享

2023-5-11 17:48:15 5070

0 一.调速电机驱动部分架构及问题点分析上图为该产品调速电机控制部分电路的架构示意图，主要通过PWM信号控制电机负极功率MOSFET管的通断，调节控制板输出的PWM信号的脉冲宽度的占空比的大小，实现对电机转速的控制，PWM信号的开关频率为10KHz。对调速电机类产品可能造成EMI的根源可分为以下几点：（1）有刷电机的拉弧现象：火花是换向器区域附近的空气介质电离，在空气中形成带电粒子，形成电磁干扰，此类干扰一般在测试频谱全频段都能测得到。常见电机噪声频谱如下：由测试数据可知，有刷电机噪声一般偏向于全频段，且呈现无规则的毛刺形态。（2）电机启动停止瞬间的电压突变现象，V=-Ldi/dt; （3）LC谐振电路:调速电机的组成一般包括MOS管和电感，由于MOS管本身的寄生电容，导致MOS管在截止时与电机电感形成一个LC谐振电路，而PWM方波信号本身具有丰富的高次谐波频谱，某些频段极容易被LC谐振回路放大，进而产生较强的电磁辐射，下图为MOS管的寄生电容示意图：关于（1）（2）点做了简单的电路模拟，电源电压12V，电机电感800uH,图1图2验证的是电路开断瞬间的电压变化，这里假设MOS管关断时电容值为10pF,图3模拟由PWM信号驱动下的电路电压情况: 通过简单的仿真电路可以看出，虽然电路电压只有12V，但电机电感两端电压值在电路开断瞬间的变化幅度比较大，而dv/dt越大，对EMI测试越不利。（4）PWM信号噪声PWM信号为方波信号，其陡峭的上升沿具有频段很宽的高次谐波，容易通过信号回路或者耦合到其他线路产生对外辐射。二.实测数据与问题分析验证测试标准：EN55032，测试频段30MHz~1GHz 分析：测试数据如上图所示，最高点超限值20dB，超标数据在50MHz-200MHz呈现包络形态，对照前面对噪声源头的4点分析，首先排除是电机拉弧造成的。接下来判断是否是PWM信号造成的，可以先把负载电机断开，断开后测试数据如下：由前后数据对比可以看出，噪声源头不在PWM信号上，那么，剩下的可能性是（1）电机启停瞬间产生的瞬时高电压和（2）电路的LC谐振现象。由于MOS管开断瞬间，会同时存在反向电动势和LC谐振现象，所以并不能很好对二者做区分，只好围绕这部分电路做整改处理。整改手段：（1）在电机正负极两端增加电容，用于吸收瞬时电压；（2）在电机正负极之间增加一个单向二极管，作为于开关电源中的续流二极管相似；（3）在MOS管的DS极之间加RC吸收电路；（4）适当调整MOS管栅极电阻，通过延长开关闭合时间达到降低抑制EMI效果。简单的电路仿真电路如下图，在电感两端增加了一个二极管，反向电压值由-191V变为-15V，有明显改善。整改后数据如下：在实际整改过程中，在电机端加二极管确实起到了很明显的效果，但最终要达到如上图一样的测试数据，还需要结合其他整改手段，并不断调整滤波参数，主要的整改方向前面都已提及，具体细节限于篇幅不再赘述。三.总结电磁辐射EMI三要素包括：骚扰源，耦合路径和敏感设备，本文主要围绕调速电机的工作过程，分析造成此类产品EMI超标的噪声根源，借助实际整改案例，分享整改过程中的验证思路以及噪声抑制的方法，并结合简单的电路仿真力求将问题论述得更加形象清楚，其中肯定也有思虑不足的地方，还请见谅。 2
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