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      高速無刷電機的EMC整改優化淺析

      2021-09-10 16:07:49 5673

      1、 EMC的產生原因及防護手段

      在高速無刷電機中,EMC的問題往往是整個項目的重點及難點,從開始整改到整改結束需要花費大量的時間,因此我們需要正確的認識到EMC超標的原因以及其對應的整改方法。EMC整改主要從三個方向出發:

      • 改善干擾源

       在高速無刷電機控制中,最主要的干擾源就是由MOS、IGBT等開關器件組成的驅動電路。在不影響高速電機性能的情況下,減小MCU載波頻率,降低開關管的開關速度,選擇合適參數的開關管,均可以有效的降低EMC干擾。

      • 減少干擾源的耦合路徑

      優化PCBA的走線、布局可以有效的改善EMC,線路相互耦合會產生更大的干擾。特別是高頻信號線,應盡量避免走線形成環路,避免走線形成天線,有必要時可以增加屏蔽層,將耦合的產生減少。

      • 封堵干擾的手段

      EMC改善中最常用的就是各類電感與電容了,針對不同的干擾選用合適的參數。Y電容與共摸電感針對共摸干擾,X電容針對差模干擾。在電感磁環中也分為高頻磁環與低頻磁環,必要時需要同時加上兩種電感。


      2、 整改案例分享

      在力輝電機的一款十萬轉無刷電機的EMC整改中,在此分享一些關鍵點,希望對大家有所幫助。為讓電機達到十萬轉的高轉速,初始設置的載波頻率為40KHZ,相較于其他電機,頻率高了一倍。在這個情況下其他整改方法始終無法有效的改善EMC,將頻率降至30KHZ并且將MOS的開關次數降低1/3后才有明顯的改善。同時發現MOS的反向二極管的Trr(反向恢復時間)對EMC有影響,選用了更快反向恢復時間的MOS。測試數據如下圖,500KHZ~1MHZ余量增加了約3dB且尖峰波形有所平緩:


      整改前.jpg

      修改開關次數、更換MOS.jpg


      因PCBA的特殊布局,在其中有兩根高壓的電源線需要與其他信號線捆綁在一起,將高壓線改為雙絞線后,引線之間的相互干擾小了很多。測試數據如下圖,24MHZ余量增加了約3dB:


      整改前.jpg

      修改為雙絞線.jpg


      在此案例中使用了兩顆共摸電感,其中一顆為低頻磁環,感量大約50mH,對500KHZ~2MHZ區間內的EMC改善明顯。另一顆為高頻磁環,感量約為60uH,對30MHZ~50MHZ區間內的EMC改善明顯。


      低頻磁環的測試數據如下圖,在300KHZ~30MHZ范圍內整體的余量增加2dB:


      整改前20mH的低頻共模電感.jpg

      改到50mH的低頻共模電感.jpg



      高頻磁環的測試數據如下圖,余量增加10dB以上:


      整改前.jpg

      增加高頻共模電感.jpg


      在EMC整改優化上需要不斷嘗試和測試才能找到最好的解決方案。


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