詳細解析無刷電機EMI整改！

來源：EMC容冠電磁更新時間：2024-07-21 閱讀：

01. 前言

由于無刷電機的安全可靠、效率高、噪聲低、壽命長等特點，其應(yīng)用越來越廣泛，在諸如廚房電器、白色家電、智能家居、電機數(shù)碼、醫(yī)療設(shè)備、汽車等領(lǐng)域中都有它的身影。而無刷電機因為其電子開關(guān)驅(qū)動控制模式，難免會出現(xiàn)EMI問題。在比創(chuàng)達近期的眾多整改案例中，也出現(xiàn)較多的無刷電機類產(chǎn)品（包括風扇、風機、高速吹風筒）的EMI問題；

經(jīng)過對產(chǎn)品特性的分析研究，結(jié)合經(jīng)驗豐富的技術(shù)團隊技術(shù)指導、現(xiàn)場實踐，最終所有的產(chǎn)品均迅速通過現(xiàn)場測試，現(xiàn)將比創(chuàng)達技術(shù)團隊的部分案例分享如下：

PART 01 整改實例

如圖1、2所示，某應(yīng)用在服務(wù)器上的散熱風扇產(chǎn)品（DC48V供電）的RE及CE測試均大幅度超標，CE最高超標42dB！RE最高超標30dB！

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圖1 某電機產(chǎn)品CE測試超標數(shù)據(jù)

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圖2 某電機產(chǎn)品RE測試超標數(shù)據(jù)

在分析了無刷電機的原理、鎖定了干擾源后，通過施加一些簡單的措施（見第2節(jié)的分析），就將整體的噪聲降低了幾十dB，保證了產(chǎn)品的發(fā)射強度相對標準限值有足夠的裕量（CE 9dB裕量，RE 4dB裕量），整改后結(jié)果如圖3、4：

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圖3 整改后的CE測試PASS數(shù)據(jù)

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圖4 整改后的RE測試PASS數(shù)據(jù)

PART 02 無刷電機原理及其EMI噪聲源

相比有刷電機通過碳刷和換向器實現(xiàn)電流方向的變換，進而實現(xiàn)磁場方向的切換、保證線圈感生的磁場相對永磁體來說總是連續(xù)產(chǎn)生吸引或排斥作用，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子線圈的連續(xù)轉(zhuǎn)動，無刷電機是通過不同組半導體開關(guān)的通斷（如PWM波輸入MOS管柵極、控制其開關(guān)）來改變線圈中的電流流向、切換線圈的磁場方向?qū)崿F(xiàn)對永磁轉(zhuǎn)子接力推拉旋轉(zhuǎn)。

如圖5，在某一時間，電控模塊的開關(guān)管Q1和Q5導通，電流流過線圈A組和B組；如圖6，因線圈的繞線方式不同，二者產(chǎn)生的磁場方向相反，對同一永磁轉(zhuǎn)子一組線圈產(chǎn)生推力、一組產(chǎn)生拉力，實現(xiàn)了2組線圈合力驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。

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圖5 電機驅(qū)動模塊

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圖6 線圈定子推拉永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動示意

因此，不同于有刷電機的電刷與換向器的續(xù)斷接觸產(chǎn)生的電火花為較大噪聲來源，無刷電機的噪聲主要由電機控制驅(qū)動模塊、開關(guān)管的開關(guān)噪聲產(chǎn)生。另外，機器自身的電源模塊：AC-DC、DC-DC模塊也會產(chǎn)生較大噪聲。

通過現(xiàn)場分析產(chǎn)品的原理圖及PCBA，發(fā)現(xiàn)針對開關(guān)控制、驅(qū)動模塊易出問題的點或者可通過限流、濾波降低干擾的點，如開關(guān)管SW端、MOS管輸出端并無限流、濾波措施，或是濾波參數(shù)還有調(diào)整的空間；而電源DC-DC模塊的輸入端也無相應(yīng)的抑制共模噪聲措施；現(xiàn)場通過近場掃描也確實能發(fā)現(xiàn)這兩塊的噪聲較大。

找到了源頭，接下來的處理措施也就簡單了，最終的整改措施包括：

1）DC輸入加CLC濾波（如圖7，C1=C2=22uF，L1為272共模電感：BWMF702P272P1A）；

2）MOS管柵極RC由75R/4.7nF改成110R/6.8nF；

3）三相驅(qū)動輸出對地加10nF電容濾波； 4）電機線纜靠近電機端繞磁環(huán)（BTRC02RH278）；

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