一 概述：EMC和EMI背景

 

電磁干擾（EMI）是系統上的電磁噪聲的輻射或感應。與大多數電磁電路組件一樣，直流電機是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可能導致性能下降，數據損壞，或者如果足夠強可能導致系統完全失效。 EMI輻射或傳導分別來(lái)自磁源和電源，在直流電動(dòng)機的情況下，存在輻射和傳導發(fā)射。

 

電磁兼容性（EMC）是監控和減少不需要的EMI的實(shí)踐。根據系統的用途以及使用或銷(xiāo)售的國家/地區，通常會(huì )有不同的EMC規定。 EMC性能涉及整個(gè)系統或最終產(chǎn)品，因此通常由OEM（原始設備制造商）負責，而不是提供組件的人員。以下是降低電機EMI的方法，以提高系統的EMC性能。

 

 

二 EMI的產(chǎn)生

 

電弧放電（有時(shí)稱(chēng)為電弧放電或電?。┦请娏魈匦?，其中電流可以流過(guò)空氣或其他通常不導電的材料。你可能已經(jīng)看到兩根電線(xiàn)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，因為電弧是連續的，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)機中，由于轉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容，可以表現為疊加在其他信號上的寬帶噪聲，而直流電機的結構為共模電流提供了路徑。

 

輻射和傳導發(fā)射的另一個(gè)來(lái)源可能來(lái)自驅動(dòng)電路。理想情況下，典型的H橋電路應為電機提供恒定電流，但由于驅動(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)題是通常電機離驅動(dòng)器很遠，這會(huì )在電機引線(xiàn)和設備框架之間產(chǎn)生相當大的環(huán)路面積。輻射電位是環(huán)路面積的直接函數;環(huán)越大，EMI噪聲越大。

 

三 如何降低EMI

 

1、降低共模電流

 

為了抑制共模電流，可以在電機引線(xiàn)中放置共模濾波器，如下圖所示。

 

 

2、降低輻射和傳導噪聲

 

最簡(jiǎn)單的解決方案是在電機端子之間放置一個(gè)陶瓷電容器，盡可能靠近電機。 這被稱(chēng)為去耦電容，通過(guò)去除一些高頻噪聲信號來(lái)降低EMI。 這些去耦電容的常用值介于100pF和100nF之間，具體取決于電機的大小。下面顯示了一些示例測試結果。

 

 

如果PWM信號用于電機控制，那么選擇電容就要考慮電容和電機電感的諧振頻率，要遠離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)電機端子一個(gè)，連接在端子和電機外殼之間。這將減少電弧噪聲，特別是對于碳刷電機。

 

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)現許多更復雜的濾波器，但是也可以用一個(gè)BDL濾波器來(lái)實(shí)現更簡(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）。

 

 

4、機殼接地

 

如果電機機殼接地，則可以看到EMC的微小改進(jìn)。使殼體和內部部件接地，有助于作為電機架構的屏蔽體。 它并不完美，因為EMI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。

 

四 總結

 

EMC是電子行業(yè)的一個(gè)重要領(lǐng)域，具有嚴格的法規，直流電機及其電路是EMI的重要來(lái)源。因此，工程師必須采取適當的措施來(lái)盡可能地降低EMI，從而提高EMC。

 

 

推薦閱讀：