某車載電機(jī)控制器EMC整改案例

一前言

本次整改樣機(jī)為某客戶的車載電機(jī)控制項(xiàng)目，主要通過PWM信號進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整，實(shí)際測試過程中，存在低頻段部分輻射嚴(yán)重超標(biāo)問題，以下是本次測試與整改分析過程。

二電機(jī)控制器架構(gòu)及問題點(diǎn)

上圖為該電機(jī)控制器的簡單示意圖，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，可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，PWM信號的開關(guān)頻率為16KHz。初步分析可以得到以下幾點(diǎn)：

（1）EMI可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，傳導(dǎo)干擾是指干擾能量沿著電纜以干擾電壓的形式傳播，輻射干擾是指干擾能量以電磁波的形式通過空間將其信號耦合到另一個電網(wǎng)絡(luò)。

（2）為了有效限值EMI，必須搞清楚干擾源和耦合路徑才能對電磁干擾加以抑制。在由直流電機(jī)驅(qū)動的各種產(chǎn)品中，EMI的來源主要包括：

1、電機(jī)的火花，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；

2、非線性器件，可控硅、整流二極管以及晶體管開關(guān)的導(dǎo)通截止的工作特性會產(chǎn)生高頻諧波干擾；

3、PWM控制信號的高次諧波造成的低頻（桿天線，電流法和電壓法測試頻段）輻射超標(biāo)。

三測試數(shù)據(jù)

測試標(biāo)準(zhǔn)為CISPR25-2018 等級3，上面的數(shù)據(jù)為桿天線測試數(shù)據(jù)(0.15-30MHz)，在所有測試頻段中輻射超標(biāo)最為嚴(yán)重，是本次整改的重點(diǎn)。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得知數(shù)據(jù)呈現(xiàn)有規(guī)律的分布，兩兩之間頻率間隔約為16KHz，正是PWM信號的開關(guān)頻率。

四整改措施

電磁干擾的三要素為：干擾源-耦合路徑-敏感設(shè)備，常用的整改手段也是基于這三個要素進(jìn)行，大體可分為屏蔽，接地和濾波。

已知輻射源頭為PWM信號，超標(biāo)頻點(diǎn)為該信號的高次諧波。考慮到輻射超標(biāo)頻段為150KHz開始的低頻，如果采用濾波的手段，一方面濾波器件參數(shù)會比較大，比如大電容電感；另一方面，經(jīng)過濾波后，輸出的驅(qū)動電壓波形將會受到影響，進(jìn)而可能會影響功能。因此整改時優(yōu)先選擇了對輻射路徑進(jìn)行屏蔽處理。

如上圖所示，綠色框1處為PWM信號由控制板到驅(qū)動板的傳輸路徑，先將電機(jī)部分?jǐn)嚅_后測試數(shù)據(jù)如下：

對該線束進(jìn)行屏蔽處理后數(shù)據(jù)如下：

由兩次測試數(shù)據(jù)對比可以看出，PWM信號到驅(qū)動板的線束是輻射的路徑之一。由于電機(jī)電源負(fù)極受PWM信號控制，所以綠色框2處的電壓波形與PWM信號將是一致的，也是16KHz，實(shí)測靠近驅(qū)動板端電機(jī)電壓波形如下：

同時，由于電機(jī)的緣故，電機(jī)兩端的電壓波形會有明顯的過沖和振鈴現(xiàn)象，越靠近電機(jī)端越明顯，下圖為實(shí)測靠近電機(jī)端電壓波形：

由上圖可以看到，電機(jī)兩端電壓存在明顯的過沖和振鈴現(xiàn)象，此處的電壓變化率更大，輻射更強(qiáng)。在屏蔽PWM信號線的基礎(chǔ)上將電機(jī)接回來，測試數(shù)據(jù)如下：

由上圖知，整個低頻段的輻射超標(biāo)情況還是很嚴(yán)重。我們繼續(xù)往下整改，同樣按照前面的方法對電機(jī)線束進(jìn)行屏蔽處理，測試數(shù)據(jù)如下：

可以看到，屏蔽確實(shí)能起到明顯的效果，但是這里需要注意的是，這里的屏蔽需要進(jìn)行雙端接地處理，電機(jī)端接地接的是電機(jī)的金屬外殼，接與不接的效果差別很大。

五總結(jié)

以上是本次分享的全部內(nèi)容，主要涉及調(diào)速電機(jī)低頻輻射超標(biāo)問題的整改思路以及實(shí)際整改效果，整改措施以屏蔽為主?？紤]到在實(shí)際應(yīng)用中受到各種因素的影響，屏蔽的可行性較低，筆者將繼續(xù)嘗試其他比較可行的方案，同時也期望讀者朋友們能慷慨賜教，為我們提供這方面相關(guān)的寶貴建議。