詳解如何解決驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)中的電磁兼容問(wèn)題

電磁干擾一般通過(guò)空間輻射和通過(guò)導(dǎo)線傳導(dǎo)，在工程領(lǐng)域一直是人們要解決的難題和研究熱點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)單元作為大功率模塊，其中的放大電路、開(kāi)關(guān)電路和逆變電路等主電路可能對(duì)電磁環(huán)境存在干擾，所以在驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)中就必須完善解決電磁兼容問(wèn)題。

　　電磁兼容基本原理

　　電磁兼容性指電器及電子設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，均能正常工作互不干擾，達(dá)到兼容狀態(tài)。

　　電磁干擾可以通過(guò)時(shí)域和頻域進(jìn)行表示，大部分干擾信號(hào)都是時(shí)變的，為討論和分析方便，都采用頻域分析方法為宜。典型的信號(hào)表示方式有正弦、非正弦、周期性、非周期性和脈沖等，它們都是通過(guò)空間輻射和通過(guò)導(dǎo)線傳導(dǎo)的。工程中對(duì)非周期信號(hào)和脈沖信號(hào)運(yùn)用較多，將干擾信號(hào)用f(t)表示，非周期性信號(hào)傅立葉積分為

　　同樣也可以對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得出頻譜圖。

　　電磁干擾是通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行傳播的，因此，其基本單位也可以用電場(chǎng)和磁場(chǎng)的單位來(lái)表示，工程上普遍采用分貝來(lái)對(duì)電磁干擾進(jìn)行量測(cè)，即db。

　　電磁兼容具體實(shí)施

　　在驅(qū)動(dòng)單元外殼選取時(shí)，應(yīng)綜合性?xún)r(jià)比考慮屏蔽效果較好的材料。在驅(qū)動(dòng)單元的的設(shè)計(jì)中，中間點(diǎn)鉗位型pwm逆變電路作為主工作電路，在功率器件開(kāi)關(guān)時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生諧波電流，同時(shí)高頻成分會(huì)向空間輻射。pwm逆變工作電路如圖1：

　　為此，在元器件選擇、電路板設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)等各個(gè)環(huán)節(jié)就應(yīng)充分考慮電磁兼容性，使驅(qū)動(dòng)模塊工作在正常狀態(tài)而不影響其他設(shè)備。

　　元器件的EMC考慮

　　為達(dá)到電磁兼容而使用的元件通常是采用減少并聯(lián)通路阻抗的方法來(lái)減小噪聲電壓或增加電流通路阻抗來(lái)減小噪聲電流。

　　所有元件及互連線都會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，因此在元件選擇上，要充分保證線路的低阻抗配電。串聯(lián)諧振電路的輸入阻抗很低，但是根據(jù)電路不同的q值，輸出電壓可能大大高于輸入電壓，由于大電流高電壓的出現(xiàn)，串聯(lián)諧振非常容易產(chǎn)生高電平的輻射或傳到發(fā)射；并聯(lián)諧振會(huì)形成一個(gè)高的線路阻抗，也會(huì)產(chǎn)生高電流。

　　電路的板級(jí)EMC考慮

　　在電路原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)充分考慮一般元器件和功率器件的放置，主要應(yīng)該注意以下五點(diǎn)：

　　(1)控制芯片無(wú)用端要通過(guò)相應(yīng)的匹配電阻接電源或接地集成電路上接地或接電源端都要接，不要懸空；

　　(2)繼電器需要匹配上高頻電容；

　　(3)每個(gè)集成電路需配一個(gè)去耦電容；

　　(4)降低負(fù)載電容，以使靠近輸出端的集電極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)器便于上拉，電阻值盡量大；

　　(5)電路上不要使用可編程器件。

　　在pcb設(shè)計(jì)時(shí)，盡量不要使用單面板，同時(shí)，模擬電路和數(shù)字電路要分開(kāi)布局，中、高速電路也應(yīng)分開(kāi)布局，接地線要明確，不能所有接地都共用；pcb走線上需串接電阻，以降低控制信號(hào)線上下沿的跳變速率；處理器或發(fā)熱器件需通過(guò)導(dǎo)熱材料與其它芯片隔離，并在處理器周?chē)帱c(diǎn)射頻接地。

　　在pwm逆變工作電路上，為限制輸入端諧波電流，可以在直流環(huán)節(jié)前端并聯(lián)濾波電容器，如圖2所示，同時(shí)還可以在直流母線上串聯(lián)直流電抗器。另外，可以在電路的輸入端加諧波濾波器，此方法加裝簡(jiǎn)單、成本低、維修方便，但是容易受系統(tǒng)參數(shù)的影響。

　　接地考慮

　　接地是電磁兼容重要措施，接地可以降低功率模塊噪聲、降低串?dāng)_和防止靜電的積聚。驅(qū)動(dòng)單元的接地原則是信號(hào)地和電源地分開(kāi)，高功率在最近的位置單點(diǎn)接地，同時(shí)ac安全地應(yīng)與單元外殼相連。

　　接口濾波考慮

　　為方便通訊，驅(qū)動(dòng)單元都留有rs232或rs485接口，為此，設(shè)計(jì)中接口電路需進(jìn)行濾波處理。通常采用差動(dòng)線路驅(qū)動(dòng)和接收的方法來(lái)提高線路接口的抗擾度。低于信號(hào)電平并加在非畸變信號(hào)上的噪聲脈沖電壓與疊加在畸變信號(hào)上的噪聲脈沖相比，不可能超過(guò)接收器輸入端的開(kāi)關(guān)閾值，因此在接收器輸入端加端接電阻可以減少反射并改善信號(hào)質(zhì)量和提高電路接口抗擾性。差動(dòng)接收電路如圖3。

　　電磁兼容問(wèn)題處理的好壞直接影響著我們驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)的成敗，所以電磁兼容問(wèn)題必須得到很好的解決。相信看過(guò)本文所列舉出的幾種處理方法，大家在設(shè)計(jì)中會(huì)妥善處理好驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)中電磁兼容的問(wèn)題。