【经验】如何降低电机的EMI干扰提高系统的EMC性能？

时间： 2021-08-31 来源：韬略科技

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一、概述：EMC和EMI背景

电磁干扰（EMI）是系统上的电磁噪声的辐射或感应。与大多数电磁电路组件一样，直流电机是EMI的常见来源。它们是潜在的噪声源，可以产生共模电流。 EMI可能导致性能下降，数据损坏，或者如果足够强可能导致系统完全失效。 EMI辐射或传导分别来自磁源和电源，在直流电动机的情况下，存在辐射和传导发射。

电磁兼容性（EMC）是监控和减少不需要的EMI的实践。根据系统的用途以及使用或销售的国家/地区，通常会有不同的EMC规定。 EMC性能涉及整个系统或最终产品，因此通常由OEM（原始设备制造商）负责，而不是提供组件的人员。以下是降低电机EMI的方法，以提高系统的EMC性能。

二、EMI的产生

电弧放电（有时称为电弧）是电流特性，其中电流可以流过空气或其他通常不导电的材料。你可能已经看到两根电线之间或火车或有轨电车的电源轨上产生电弧的情况。这跟电火花是不一样的，因为电弧是连续的，虽然它们看起来确实相似。

虽然电弧可用于焊接和照明，但在某些情况下它可能是EMI的来源。在直流电动机中，由于转子绕组中电流的周期性中断，电弧可能是常见的。这种非常高频的光谱内容，可以表现为叠加在其他信号上的宽带噪声，而直流电机的结构为共模电流提供了路径。

辐射和传导发射的另一个来源可能来自驱动电路。理想情况下，典型的H桥电路应为电机提供恒定电流，但由于驱动电路中电流的快速和频繁切换，该电流具有快速上升时间尖峰。另一个重要问题是通常电机离驱动器很远，这会在电机引线和设备框架之间产生相当大的环路面积。辐射电位是环路面积的直接函数；环越大，EMI噪声越大。

三、如何降低EMI

1、降低共模电流

为了抑制共模电流，可以在电机引线中放置共模滤波器，如下图所示。

2、降低辐射和传导噪声

最简单的解决方案是在电机端子之间放置一个陶瓷电容器，尽可能靠近电机。这被称为去耦电容，通过去除一些高频噪声信号来降低EMI。这些去耦电容的常用值介于100pF和100nF之间，具体取决于电机的大小。下面显示了一些示例测试结果。

如果PWM信号用于电机控制，那么选择电容就要考虑电容和电机电感的谐振频率，要远离PWM频率。10到100pF之间的值通常更合适。

更全面的解决方案包括两个额外的电容器，每个电机端子一个，连接在端子和电机外壳之间。这将减少电弧噪声，特别是对于碳刷电机。

3、BDL滤波器

我们可以使用几个电感器，电容器和电阻器作为元件组合来实现许多更复杂的滤波器，但是也可以用一个BDL滤波器来实现更简单，更便宜，更有效的解决方案。

下图显示了27mm 12V直流电机在不同条件下的噪声。加BDL滤波器时可以得到最低噪声（图中的青色波形）。

4、机壳接地

如果电机机壳接地，则可以看到EMC的微小改进。使壳体和内部部件接地，有助于作为电机架构的屏蔽体。它并不完美，因为EMI仍会通过塑料端盖泄漏; 所以你不能用它来代替基于元器件的EMI抑制。

四、总结

EMC是电子行业的一个重要领域，具有严格的法规，直流电机及其电路是EMI的重要来源。因此，工程师必须采取适当的措施来尽可能地降低EMI，从而提高EMC。

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