調(diào)速電機(jī)整改案例分享

一前言

帶調(diào)速電機(jī)的產(chǎn)品是比較常見的，如檔位可調(diào)的風(fēng)機(jī)，吸塵器等，這類型的產(chǎn)品由于其工作特性，常常會造成整個產(chǎn)品的電磁輻射超標(biāo)問題。本次分享的案例正是帶有調(diào)速電機(jī)的產(chǎn)品--洗脫一體機(jī)，希望借助此次整改案例，跟大家一起來探討下這類產(chǎn)品的EMI問題源頭以及整改方法。

二調(diào)速電機(jī)驅(qū)動部分架構(gòu)及問題點(diǎn)分析

上圖為該產(chǎn)品調(diào)速電機(jī)控制部分電路的架構(gòu)示意圖，主要通過PWM信號控制電機(jī)負(fù)極功率MOSFET管的通斷，調(diào)節(jié)控制板輸出的PWM信號的脈沖寬度的占空比的大小，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，PWM信號的開關(guān)頻率為10KHz。對調(diào)速電機(jī)類產(chǎn)品可能造成EMI的根源可分為以下幾點(diǎn)：

（1）有刷電機(jī)的拉弧現(xiàn)象：火花是換向器區(qū)域附近的空氣介質(zhì)電離，在空氣中形成帶電粒子，形成電磁干擾，此類干擾一般在測試頻譜全頻段都能測得到。

常見電機(jī)噪聲頻譜如下：

由測試數(shù)據(jù)可知，有刷電機(jī)噪聲一般偏向于全頻段，且呈現(xiàn)無規(guī)則的毛刺形態(tài)。

（2）電機(jī)啟動停止瞬間的電壓突變現(xiàn)象，V=-Ldi/dt;

（3）LC諧振電路:調(diào)速電機(jī)的組成一般包括MOS管和電感，由于MOS管本身的寄生電容，導(dǎo)致MOS管在截止時與電機(jī)電感形成一個LC諧振電路，而PWM方波信號本身具有豐富的高次諧波頻譜，某些頻段極容易被LC諧振回路放大，進(jìn)而產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射，下圖為MOS管的寄生電容示意圖：

關(guān)于（1）（2）點(diǎn)做了簡單的電路模擬，電源電壓12V，電機(jī)電感800uH,圖1圖2驗(yàn)證的是電路開斷瞬間的電壓變化，這里假設(shè)MOS管關(guān)斷時電容值為10pF,圖3模擬由PWM信號驅(qū)動下的電路電壓情況:

圖 1電路斷開瞬間

圖 2電路閉合瞬間

圖 3PWM信號控制

通過簡單的仿真電路可以看出，雖然電路電壓只有12V，但電機(jī)電感兩端電壓值在電路開斷瞬間的變化幅度比較大，而dv/dt越大，對EMI測試越不利。

（4）PWM信號噪聲

PWM信號為方波信號，其陡峭的上升沿具有頻段很寬的高次諧波，容易通過信號回路或者耦合到其他線路產(chǎn)生對外輻射。

三實(shí)測數(shù)據(jù)與問題分析驗(yàn)證

測試標(biāo)準(zhǔn)：EN55032，測試頻段30MHz~1GHz

分析：測試數(shù)據(jù)如上圖所示，最高點(diǎn)超限值20dB，超標(biāo)數(shù)據(jù)在50MHz-200MHz呈現(xiàn)包絡(luò)形態(tài)，對照前面對噪聲源頭的4點(diǎn)分析，首先排除是電機(jī)拉弧造成的。接下來判斷是否是PWM信號造成的，可以先把負(fù)載電機(jī)斷開，斷開后測試數(shù)據(jù)如下：

由前后數(shù)據(jù)對比可以看出，噪聲源頭不在PWM信號上，那么，剩下的可能性是（1）電機(jī)啟停瞬間產(chǎn)生的瞬時高電壓和（2）電路的LC諧振現(xiàn)象。由于MOS管開斷瞬間，會同時存在反向電動勢和LC諧振現(xiàn)象，所以并不能很好對二者做區(qū)分，只好圍繞這部分電路做整改處理。

整改手段：

（1）在電機(jī)正負(fù)極兩端增加電容，用于吸收瞬時電壓；

（2）在電機(jī)正負(fù)極之間增加一個單向二極管，作為于開關(guān)電源中的續(xù)流二極管相似；

（3）在MOS管的DS極之間加RC吸收電路；

（4）適當(dāng)調(diào)整MOS管柵極電阻，通過延長開關(guān)閉合時間達(dá)到降低抑制EMI效果。

簡單的電路仿真電路如下圖，在電感兩端增加了一個二極管，反向電壓值由-191V變?yōu)?15V，有明顯改善。

整改后數(shù)據(jù)如下：

在實(shí)際整改過程中，在電機(jī)端加二極管確實(shí)起到了很明顯的效果，但最終要達(dá)到如上圖一樣的測試數(shù)據(jù)，還需要結(jié)合其他整改手段，并不斷調(diào)整濾波參數(shù)，主要的整改方向前面都已提及，具體細(xì)節(jié)限于篇幅不再贅述。

四總結(jié)

電磁輻射EMI三要素包括：騷擾源，耦合路徑和敏感設(shè)備，本文主要圍繞調(diào)速電機(jī)的工作過程，分析造成此類產(chǎn)品EMI超標(biāo)的噪聲根源，借助實(shí)際整改案例，分享整改過程中的驗(yàn)證思路以及噪聲抑制的方法，并結(jié)合簡單的電路仿真力求將問題論述得更加形象清楚，其中肯定也有思慮不足的地方，還請見諒。

審核編輯：湯梓紅