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一、引 言?

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展和人民生活水平的提高，消費(fèi)水平的不斷升級，對電子產(chǎn)品的電磁兼容 EMC要求越來越高。這就要求技術(shù)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，既要考慮產(chǎn)品的基本功能，也要兼顧電磁兼容水平，尤其是電磁干擾發(fā)射量。否則在產(chǎn)品開發(fā)后期進(jìn)行整改，耗費(fèi)人力物力，而且改善效果也不明顯。無刷直流電機(jī)作為許多產(chǎn)品的重要組成部分，例如掃地機(jī)，吸塵器，電子門鎖，汽車上的雨刮、空調(diào)壓縮機(jī)以及其他各種電動(dòng)類產(chǎn)品等，電機(jī)電磁輻射問題也關(guān)乎產(chǎn)品的電磁輻射能否達(dá)標(biāo)，本文將主要圍繞直流無刷電機(jī)的噪聲來源進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決對策，最后進(jìn)行實(shí)際案例分享。

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二、無刷直流電機(jī)PWM調(diào)制原理

無刷直流電機(jī)PWM脈寬調(diào)制調(diào)速是通過斬波器將直流電源斬成PWM波，從而改變加在電樞兩端的電壓平均值，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。例如采用HPWM-LON調(diào)制模式，即兩相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)工作方式下對應(yīng)導(dǎo)通的上橋臂功率開關(guān)管Q1、Q3、Q5，開關(guān)管受PWM信號調(diào)制,下橋臂功率開關(guān)Q4、Q5、Q2恒導(dǎo)通。

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三、EMI的產(chǎn)生

EMI 兩種形式: 傳導(dǎo)和輻射。輻射EMI可采用金屬盒屏蔽，傳導(dǎo) EMI 則采用濾波器阻止。由于傳導(dǎo)EMI和輻射EMI源于同一能量源，能量必須有地方消耗掉，阻斷傳導(dǎo)EMI通常導(dǎo)致輻射EMI增加，因此，有效的EMI抑制技術(shù)依賴于EMI機(jī)理的徹底理解，以使在源上減小EMI，而不是僅僅在產(chǎn)生后去阻斷。輻射EMI路徑難以確定，輻射EMI的機(jī)理也就無法完整地分析。相反，傳導(dǎo)EMI路徑很好確定，分析傳導(dǎo)EMI有助于確定EMI源、理解EMI產(chǎn)生的機(jī)理，減少這個(gè)源頭，可有效地減少了傳導(dǎo)EMI和輻射EMI。所以，重點(diǎn)是傳導(dǎo)EMI。

傳導(dǎo)EMI中的耦合電流是寄生電容中電流之和，由大的du/dt、大的方波電壓幅值引起，耦合電流有差模分量、共模分量，差模、共模路徑各不相同。

（1）差模 EMI

電機(jī)控制器釆用PWM調(diào)制，雖然產(chǎn)生了較好的正弦波，但也在輸出端疊加了髙次諧波，這些髙次諧波在輸出端產(chǎn)生差模干擾。其產(chǎn)生差模干擾的主要原因是功率管的通斷使逆變橋輸入電流是一個(gè)脈動(dòng)電流信號，從差模電流傳播途徑來看，主要在輸入測直流母線正負(fù)極以及交流線纜上傳播。

（2）共模 EMI?

當(dāng) IGBT管導(dǎo)通與關(guān)斷的瞬間，會(huì)產(chǎn)生很高的du/dt，通過回路中開關(guān)器件、金屬引線散熱片、外殼等對地的寄生電容進(jìn)行不斷地充放電，產(chǎn)生共模電流。

共模電流路徑由一條直流母線, 相地間的寄生電容Cc，大地，交流電源，整流器構(gòu)成，一部分電流經(jīng)整流器的寄生電容，直流電容流過。不同設(shè)備的共模電流共享大地路徑，所以共模EMI水平高，更難抑制。

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四、整改措施

EMI抑制就是阻斷傳導(dǎo)EMI流通的路徑，或使之在內(nèi)部循環(huán)。應(yīng)根據(jù)不同的干擾源采取相應(yīng)的抑制措施。一般原則是：先提供局部通路，后增加高頻阻抗。

常見濾波電路：

方案一：共模電感+電感+電容

共模電感可以針對共模噪聲有效濾波，電容針對差模噪聲，跟直流電機(jī)最近的電感L1和L2能有效抑制電機(jī)換向時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰；

方案二：BDL+磁珠

BDL：BDL器件是一個(gè)多功能集成器件，具有良好的EMI濾波效果。

特點(diǎn)：器件體積平均減少73%，滿足超薄設(shè)計(jì)需求，優(yōu)化PCB面積：＞70%。直接取代共模電感和2-3個(gè)濾波電容的傳統(tǒng)LC濾波電路。

可以同時(shí)濾除共模噪聲和差模噪聲，由于BDL的特點(diǎn)，濾波性能優(yōu)于電容以及共模電感，濾波頻段可以達(dá)到GHz，且具有較高的耐壓值。PE一般為電機(jī)金屬外殼，濾波小板上除了電機(jī)引線外，需要有額外的地并與金屬外殼連接，而且這兩者的導(dǎo)通性的優(yōu)劣對濾波效果有較大影響。

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五、實(shí)例

客戶整改一款用于吸塵器的電機(jī)，應(yīng)用的方案是：BDL+磁珠+電容，加電容的主要目的是為了讓數(shù)據(jù)整體的余量更多。

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整改前數(shù)據(jù)

垂直方向：

水平方向：

整改后數(shù)據(jù)

垂直方向：

水平方向：

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六、總結(jié)

電磁兼容是電機(jī)傳動(dòng)中不可忽視的問題，隨著電力電子裝置在傳動(dòng)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，這一問題尤為突出，需對其機(jī)理進(jìn)行深入的研究，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)過程中采取切實(shí)可行的技術(shù)措施，這樣，才能逐步消除電磁干擾的影響，具有較高的可靠性。

編輯：黃飛

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