EMC和EMI背景
電磁干擾(EMI)是系統(tǒng)上的電磁噪聲的輻射或感應(yīng)。與大多數(shù)電磁電路組件一樣，直流電機(jī)是EMI的常見(jiàn)來(lái)源。它們是潛在的噪聲源，可以產(chǎn)生共模電流。 EMI可能導(dǎo)致性能下降，數(shù)據(jù)損壞，或者如果足夠強(qiáng)可能導(dǎo)致系統(tǒng)完全失效。 EMI輻射或傳導(dǎo)分別來(lái)自磁源和電源，在直流電動(dòng)機(jī)的情況下，存在輻射和傳導(dǎo)發(fā)射。
電磁兼容性(EMC)是監(jiān)控和減少不需要的EMI的實(shí)踐。根據(jù)系統(tǒng)的用途以及使用或銷(xiāo)售的國(guó)家/地區(qū)，通常會(huì)有不同的EMC規(guī)定。 EMC性能涉及整個(gè)系統(tǒng)或最終產(chǎn)品，因此通常由OEM(原始設(shè)備制造商)負(fù)責(zé)，而不是提供組件的人員。昌暉儀表在本文分享降低電機(jī)EMI的方法，以提高系統(tǒng)的EMC性能。
EMI的產(chǎn)生
電弧放電(有時(shí)稱(chēng)為電弧放電或電弧)是電流特性，其中電流可以流過(guò)空氣或其他通常不導(dǎo)電的材料。你可能已經(jīng)看到兩根電線之間或火車(chē)或有軌電車(chē)的電源軌上產(chǎn)生電弧的情況。這跟電火花是不一樣的，因?yàn)殡娀∈沁B續(xù)的，雖然它們看起來(lái)確實(shí)相似。
雖然電弧可用于焊接和照明，但在某些情況下它可能是EMI的來(lái)源。在直流電動(dòng)機(jī)中，由于轉(zhuǎn)子繞組中電流的周期性中斷，電弧可能是常見(jiàn)的。這種非常高頻的光譜內(nèi)容，可以表現(xiàn)為疊加在其他信號(hào)上的寬帶噪聲，而直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)為共模電流提供了路徑。
輻射和傳導(dǎo)發(fā)射的另一個(gè)來(lái)源可能來(lái)自驅(qū)動(dòng)電路。理想情況下，典型的H橋電路應(yīng)為電機(jī)提供恒定電流，但由于驅(qū)動(dòng)電路中電流的快速和頻繁切換，該電流具有快速上升時(shí)間尖峰。另一個(gè)重要問(wèn)題是通常電機(jī)離驅(qū)動(dòng)器很遠(yuǎn)，這會(huì)在電機(jī)引線和設(shè)備框架之間產(chǎn)生相當(dāng)大的環(huán)路面積。輻射電位是環(huán)路面積的直接函數(shù)；環(huán)越大，EMI噪聲越大。
如何降低EMI
1、降低共模電流
為了抑制共模電流，可以在電機(jī)引線中放置共模濾波器，如下圖所示。
2、降低輻射和傳導(dǎo)噪聲
降低輻射和傳導(dǎo)噪聲最簡(jiǎn)單的解決方案是在電機(jī)端子之間放置一個(gè)陶瓷電容器，盡可能靠近電機(jī)。 這被稱(chēng)為去耦電容，通過(guò)去除一些高頻噪聲信號(hào)來(lái)降低EMI。 這些去耦電容的常用值介于100pF和100nF之間，具體取決于電機(jī)的大小。下面顯示了一些示例測(cè)試結(jié)果。
如果PWM信號(hào)用于電機(jī)控制，那么選擇電容就要考慮電容和電機(jī)電感的諧振頻率，要遠(yuǎn)離PWM頻率。10到100pF之間的值通常更合適。
更全面的解決方案包括兩個(gè)額外的電容器，每個(gè)電機(jī)端子一個(gè)，連接在端子和電機(jī)外殼之間。這將減少電弧噪聲，特別是對(duì)于碳刷電機(jī)。
3、BDL濾波器
我們可以使用幾個(gè)電感器，電容器和電阻器作為元件組合來(lái)實(shí)現(xiàn)許多更復(fù)雜的濾波器，但是也可以用一個(gè)BDL濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單，更便宜，更有效的解決方案。
下圖顯示了27mm 12V直流電機(jī)在不同條件下的噪聲。加BDL濾波器時(shí)可以得到最低噪聲(圖中的青色波形)。
電機(jī)機(jī)殼接地
如果電機(jī)機(jī)殼接地，則可以看到EMC的微小改進(jìn)。使殼體和內(nèi)部部件接地，有助于作為電機(jī)架構(gòu)的屏蔽體。 它并不完美，因?yàn)镋MI仍會(huì)通過(guò)塑料端蓋泄漏; 所以你不能用它來(lái)代替基于元器件的EMI抑制。
EMC是電子行業(yè)的一個(gè)重要領(lǐng)域，具有嚴(yán)格的法規(guī)，直流電機(jī)及其電路是EMI的重要來(lái)源。因此，電子工程師必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)盡可能地降低EMI，從而提高EMC。
