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无刷驱动电机系统的传导发射干扰分析

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本文摘要:(由ai生成)

本文讨论了电机驱动系统中的传导干扰,包括差模干扰和共模干扰。差模干扰由电路中的高电流变化率引起,而共模干扰由开关管产生的高电压变化率引起。文章分析了干扰电流的传播路径,并介绍了电机驱动系统的电路框图。逆变器输入端接入LISN以分析传导干扰,差模和共模干扰电流的导通路径分别通过直流侧和交流侧传播。文章旨在分享电机驱动系统中传导干扰的分析方法,并欢迎读者指正和补充。

大家好,我是CST电磁兼容性仿真。这是我的第62篇原创文章。为避免错过干货知识,欢迎关注公 众号,共同学习,共同进步!

在电机驱动系统的传导干扰中存在着差模干扰和共模干扰。众所周知,EMI干扰是由电路中高频开关器件产生的电压变化和电流变化引起的。

传导干扰可分为共模传导干扰和差模传导干扰。共模传导干扰是由开关管产生的高电压变化率对线路中的寄生电容进行充放电引起的;差模传导干扰是由电路中的高电流变化率在回路中的寄生电感上形成的脉冲电压引起的。如图为差模传导干扰电流和共模传导干扰电流的传播路径示意图,图中iL为L线上的干扰电流,iN为N线上的干扰电流,idm为差模干扰电流,icm为共模干扰电流。差模干扰在L线和N线之间进行进行传播,干扰电流幅值相等,相位相差180°,其传播路径如图中蓝色实线所示;共模干扰在L 线、N线与大地之间进行传播,干扰电流幅值相等,相位相同,其传播路径如图中红色虚线所示。

电机驱动系统的电路框图如下,由三相桥和星形电机线圈组成:

我们从传播路径上去分析传导干扰。为了方便分析,在逆变器的输入端接入LISN。逆变部分差模和共模传导干扰电流导通路径如图所示。图中,Cp1、Cp2、Cp3分别为逆变桥U、V、W 相下桥臂IGBT 或者MOSFET的集电极和大地之间的等效寄生电容,Cg1、Cg2、Cg3 和Cg0 分别为电机定子三相绕组和定子绕组中性点与电机外壳之间的寄生电容。如图中实线所示,差模干扰电流有直流侧和交流侧两条传播路径。直流侧传播路径是指差模电流经直流侧滤波电容Co 和LISN 的两个50Ω 电阻形成闭合回路,交流侧传播路径则是指差模电流经电机定子三相绕组和直流侧滤波电容Co 形成闭合回路。如图中虚线所示,共模电流分别从直流侧、交流侧进行传播。直流侧传播路径是指共模电流流经Cp1、Cp2、Cp3 到达大地,然后通过LISN、直流侧滤波电容Co、直流母线流回开关管。交流侧传播路径则是指逆变桥臂中点共模电流经过定子三相绕组、定子绕组中性点和电机外壳之间的寄生电容Cg1、Cg2、Cg3 和Cg0 流入参考地。

以上是小编的个人愚见,有说的不好的或者不对的欢迎指正和补充。非常感谢。



来源:CST电磁兼容性仿真
电路电磁兼容电机CST
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-05-27
最近编辑:5月前
希格斯玻色子
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为什么抖频技术可以降低EMI呢?

频率抖动技术是一种降低开关电源电磁干扰(EMI)的有效方法,通过周期性变化开关频率分散谐波能量。它适用于高频数字电路,通过“频谱搬移”降低EMI发射能量,并移至EMI发射裕量较大的频段。模拟显示,抖频信号的EMI测试曲线高频段幅值低且平滑,易于满足工程裕量要求。因此,频率抖动技术对提高开关电源工作可靠性具有重要意义。由于采用脉宽调制(PWM)控制方式的开关电源的开关频率不断提高,使其高频开关波形中的大量谐波成分通过传输线和空间电磁场向外传播,从而造成了不可忽视的传导和辐射干扰问题。随着通讯及控制技术的发展,各种高频数字电路对开关电源电磁兼容性(EMC)的要求更加严格,如何减小电磁干扰(EMI)成为开关电源设计中的一个难点。与常用的抗干扰技术相比,频率抖动技术(Frequency Jitter)是一种从分散谐波干扰能量着手解决EMI问题的新方法。频率抖动技术是一种通过改善控制技术来优化性能的新方法,该方法首先在高频数字电路中开始使用,现在已被集成开关电源芯片所采用而大量应用于小功率开关电源产品中,从而为抑制开关电源的电磁干扰提供了一种新的思路。频率抖动技术是指开关电源的工作频率并非固定不变,而是周期性地变化来减小电磁干扰的一种方法。以下以TOPGX功率集成芯片为例,结合电磁干扰的产生机理和测量方法来说明频率抖动技术的工作原理及作用。从字面上来理解也就是开关频率在一定范围内进行波动,也就是说是在一定范围内的变频,在工程上,将这种能够有效降低开关电源EMI的技术称之为抖频又称之为展频。这个技术是用来做什么的呢?简单来说,就是为了降低电源电路的电磁干扰,以提高开关电源的工作可靠性。常使用降低EMI的方式有:(1)从硬件方向:滤波,减小寄生参数等。(2)从软件的方向:调制策略,软件滤波等。具体来说:一般在EMI测试结果中可以发现,开关电源在开关时刻通常容易超过EMI限值,而在其它频率点上却往往具有较大的裕量。因此人们又从另一角度开发新的 EMI技术:如何通过各种方式降低开关时刻的EMI发射能量,将对应的能量移到具有 EMI 发射裕量的那些频段上去(称为“频谱搬移”)。与传统的抑制电磁干扰的措施较难消除。从下图频谱图可以看出,通过谐波分析可以得到,谐波集中在开关频率及其倍频处,在开关频率及其倍频处(conventional clock)频谱中谐波幅值已经超过一般限制(regulatory limit),无法达到生产以及使用标准,抖频技术就是使开关频率在固定频率的附近波动(conventional clock),从而将固定频率(conventional clock)谐波的幅值拉低,扩展到波动范围的频谱中,从而让谐波噪声满足一般标准(改变频率不改变能量,能量从一个个离散的频率点分布到了一个连续的区间,从而拉低了固定单点频率(conventional clock)的幅值)。下图是开关电源常使用的频率线性变化范围,为固定频率2.2MHz的+/-10%,这个范围也是抖频中常使用的范围。用CST来看下抖频技术为什么可以降低EMI,使用本人写的脚本生成抖频信号如果有对这个脚本感兴趣的可以私信我我们对比下抖频信号和固定方波信号驱动MOSFET的Vds信号频谱,简单的进行傅里叶变换。送色是抖频信号,绿色是PWM信号。总结一般来说,采用抖频技术时,由于将离散的频谱分布在一定的频带内,从而使得频谱在一些频段内趋于连续,所以EMI测试曲线在高频段幅值低并且变得光滑,从而辐射即使要求6dB的工程裕量也很容易通过,从上面 EMI传导辐射测试曲线比较中可以明显看出,采用抖频技术减小 EMI的效果很明显。来源:CST电磁兼容性仿真

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