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    高速无刷电机的EMC整改优化浅析

    2021-09-10 16:07:49 82

    1、 EMC的产生原因及防护手段

    在高速无刷电机中,EMC的问题往往是整个项目的重点及难点,从开始整改到整改结束需要花费大量的时间,因此我们需要正确的认识到EMC超标的原因以及其对应的整改方法。EMC整改主要从三个方向出发:

    • 改善干扰源

     在高速无刷电机控制中,最主要的干扰源就是由MOS、IGBT等开关器件组成的驱动电路。在不影响高速电机性能的情况下,减小MCU载波频率,降低开关管的开关速度,选择合适参数的开关管,均可以有效的降低EMC干扰。

    • 减少干扰源的耦合路径

    优化PCBA的走线、布局可以有效的改善EMC,线路相互耦合会产生更大的干扰。特别是高频信号线,应尽量避免走线形成环路,避免走线形成天线,有必要时可以增加屏蔽层,将耦合的产生减少。

    • 封堵干扰的手段

    EMC改善中最常用的就是各类电感与电容了,针对不同的干扰选用合适的参数。Y电容与共摸电感针对共摸干扰,X电容针对差模干扰。在电感磁环中也分为高频磁环与低频磁环,必要时需要同时加上两种电感。


    2、 整改案例分享

    在力辉电机的一款十万转无刷电机的EMC整改中,在此分享一些关键点,希望对大家有所帮助。为让电机达到十万转的高转速,初始设置的载波频率为40KHZ,相较于其他电机,频率高了一倍。在这个情况下其他整改方法始终无法有效的改善EMC,将频率降至30KHZ并且将MOS的开关次数降低1/3后才有明显的改善。同时发现MOS的反向二极管的Trr(反向恢复时间)对EMC有影响,选用了更快反向恢复时间的MOS。测试数据如下图,500KHZ~1MHZ余量增加了约3dB且尖峰波形有所平缓:


    整改前.jpg

    修改开关次数、更换MOS.jpg


    因PCBA的特殊布局,在其中有两根高压的电源线需要与其他信号线捆绑在一起,将高压线改为双绞线后,引线之间的相互干扰小了很多。测试数据如下图,24MHZ余量增加了约3dB:


    整改前.jpg

    修改为双绞线.jpg


    在此案例中使用了两颗共摸电感,其中一颗为低频磁环,感量大约50mH,对500KHZ~2MHZ区间内的EMC改善明显。另一颗为高频磁环,感量约为60uH,对30MHZ~50MHZ区间内的EMC改善明显。


    低频磁环的测试数据如下图,在300KHZ~30MHZ范围内整体的余量增加2dB:


    整改前20mH的低频共模电感.jpg

    改到50mH的低频共模电感.jpg



    高频磁环的测试数据如下图,余量增加10dB以上:


    整改前.jpg

    增加高频共模电感.jpg


    在EMC整改优化上需要不断尝试和测试才能找到最好的解决方案。


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