无刷直流电机供电系统的电磁干扰分析及抑制

      

摘 要：本文讨论了无刷直流电机供电系统的电磁干扰问题；分析了无刷直流电机整流

逆变器电磁干扰产生的原因，并在此基础上提出了抑制整流逆变器中电磁干扰的方法。抑
制无刷直流电机供电系统中电磁干扰问题对提高电机正常运行和稳定性有极为重要的意
义。
    1 引言电磁干扰在电机控制中越来越成为一个严重的问题，在无刷直流电机的应用中，
如何减少电磁干扰也是一个重要的问题。在无刷直流电机应用中，一方面，要分析在电机
供电系统中电磁干扰产生的机理；另一方面，在电机供电电路设计上如何尽量减少电磁
干扰的产生。下面从电机整流逆变器方面来分析电磁干扰的产生及减少电磁干扰的措施。
    2 干扰源分析无刷直流电机供电系统模型，无刷直流电机整流逆变器产生电磁干扰最
根本的原因，就是其在工作过程中产生的高 di／dt 和高 dv／df，它们产生的浪涌电流和
尖峰电压形成了干扰源。工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压
切换都是这类干扰源。无刷直流电机供电系统中电压电流波形大多为接近矩形的周期波，
比如开关管的驱动波形、IGBT 波形等。对于矩形波，周期的倒数决定了波形的基波频率；
两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数决定了这些边缘引起的频率分量的频率值，典
型的值在 MHz 范围，而它的谐波频率就更高了。
    这些高频信号都对无刷直流电机的基本信号，尤其是对控制电路的信号造成干扰。
    无刷直流电机供电系统原理图无刷直流电机供电系统的电磁噪声从噪声源来说可以分
为两大类。一类是外部噪声，例如，通过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射
对供电系统控制电路的干扰等。另一类是供电系统自身产生的电磁噪声，如开关管电流尖
峰产生的谐波及电磁辐射干扰。
    电网中含有的共模和差模噪声对无刷直流供电系统产生干扰，供电系统在受到电磁干
扰的同时也对电机负载产生电磁干扰(如图中的返回噪声、输出噪声和辐射干扰)。进行无
刷直流电机供电系统 EMI 设计时一方面要防止供电系统对电网和附近的电子设备产生干
扰，另一方面要加强供电系统本身对电磁骚扰环境的适应能力。下面具体分析供电系统噪
声产生的原因和途径。
    无刷直流电机供电系统噪声类型电源线引入的电磁噪声电源线噪声是电网中各种用电
设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。电源线噪声分为两大类：共模干扰、差模
干扰。
    共模干扰是指任何载流导体与参考地之间不希望有的电位差；差模干扰是指任何两个
载流导体之间不希望有的电位差。共模干扰电流不通过地线，而通过输入电源线传输。而
差模干扰电流通过地线和输入电源线回路传输。所以，我们设置电源线滤波器时要考虑到
差模干扰和共模干扰的区别，在其传输途径上使用差模或共模滤波元件抑制它们的干扰 ，
 以达到最好的滤波效果。
    2．2 输入电流畸变造成的噪声无刷直流电机的供电系统中的直流电压一般采用交流输
入电经桥式整流、电容滤波型整流得到口 J。在没有 PFC 功能的输入级，由于整流二极管

 

的非线性和滤波电容的储能作用，使得二极管的导通角变小，输入电流 成为一个时间很
短、峰值很高的周期性尖峰电流。这种畸变的电流实质上除了包含基波分量以外还含有丰
富的高次谐波分量。这些高次谐波分量不但产生的谐波污染，而且对无刷直流电机的正常
运行产生干扰。为了抑制整流逆变器对电机的污染和干扰，PFC 电路是不可或缺的部分。
    2．3 分布及寄生参数引起的供电系统噪声整流逆变器的分布参数是多数干扰的内在因
素，例如供电系统和散热器之间的分布电容就是噪声源 f4]。整流逆变器与散热器之间的
分布电容与开关管的结构以及开关管的安装方式有关。采用带有屏蔽的绝缘衬垫可以减小