1 引言 

 

電磁幹擾在電機控製中越來越成為一個嚴重的問題，在無刷直流電機的應用中, 如何減少電磁幹擾也是一個重要的問題。在無刷直流電機應用中, 一方麵, 要分析在電機供電係統中電磁幹擾產生的機理
；另一方麵,在電機供電電路設計上如何盡量減少電磁幹擾的產生。下麵從電機整流逆變器方麵來分析電磁幹擾的產生及減少電磁幹擾的措施。

 

 

無刷直流電機供電係統模型如圖1所示，無刷直流電機整流逆變器產生電磁幹擾最根本的原因
，就是其在工作過程中產生的高di/dt和高dv/dt，它們產生的浪湧電流和尖峰電壓形成了幹擾源。工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開關管高頻工作時的電壓切換都是這類幹擾源。無刷直流電機供電係統中電壓電流波形大多為接近矩形的周期波，比如開關管的驅動波形、IGBT波形等。對於矩形波
，周期的倒數決定了波形的基波頻率
；兩倍脈衝邊緣上升時間或下降時間的倒數決定了這些邊緣引起的頻率分量的頻率值，典型的值在MHz範圍
，而它的諧波頻率就更高了。這些高頻信號都對無刷直流電機的基本信號，尤其是對控製電路的信號造成幹擾。

 

 

無刷直流電機供電係統的電磁噪聲從噪聲源來說可以分為兩大類。一類是外部噪聲，例如，通過電網傳輸過來的共模和差模噪聲
、外部電磁輻射對供電係統控製電路的幹擾等。另一類是供電係統自身產生的電磁噪聲
，如開關管電流尖峰產生的諧波及電磁輻射幹擾。  

 

如圖2所示，電網中含有的共模和差模噪聲對無刷直流供電係統產生幹擾，供電係統在受到電磁幹擾的同時也對電機負載產生電磁幹擾（如圖中的返回噪聲、輸出噪聲和輻射幹擾）。進行無刷直流電機供電係統EMI設(she)計(ji)時(shi)一(yi)方(fang)麵(mian)要(yao)防(fang)止(zhi)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)對(dui)電(dian)網(wang)和(he)附(fu)近(jin)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao)
，另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)要(yao)加(jia)強(qiang)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)本(ben)身(shen)對(dui)電(dian)磁(ci)騷(sao)擾(rao)環(huan)境(jing)的(de)適(shi)應(ying)能(neng)力(li)。下(xia)麵(mian)具(ju)體(ti)分(fen)析(xi)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)噪(zao)聲(sheng)產(chan)生(sheng)的(de)原(yuan)因(yin)和(he)途(tu)徑(jing)。

 

 

 

電源線噪聲是電網中各種用電設備產生的電磁騷擾沿著電源線傳播所造成的。電源線噪聲分為兩大類：共模幹擾、差模幹擾
，如圖2所示。共模幹擾是指任何載流導體與參考地之間不希望有的電位差；chamoganraoshizhirenhelianggezailiudaotizhijianbuxiwangyoudedianweicha。gongmoganraodianliubutongguodixian，ertongguoshurudianyuanxianchuanshu。erchamoganraodianliutongguodixianheshurudianyuanxianhuiluchuanshu。suoyi
，womenshezhidianyuanxianlvboqishiyaokaolvdaochamoganraohegongmoganraodequbie，zaiqichuanshutujingshangshiyongchamohuogongmolvboyuanjianyizhitamendeganrao，yidadaozuihaodelvboxiaoguo。

 

2.2 輸入電流畸變造成的噪聲  

 

無刷直流電機的供電係統中的直流電壓一般采用交流輸入電經橋式整流、電容濾波型整流得到。如圖3所示，在沒有PFC功能的輸入級，由於整流二極管的非線性和濾波電容的儲能作用

，使得二極管的導通角變小，輸入電流Ii成為一個時間很短
、峰(feng)值(zhi)很(hen)高(gao)的(de)周(zhou)期(qi)性(xing)尖(jian)峰(feng)電(dian)流(liu)。這(zhe)種(zhong)畸(ji)變(bian)的(de)電(dian)流(liu)實(shi)質(zhi)上(shang)除(chu)了(le)包(bao)含(han)基(ji)波(bo)分(fen)量(liang)以(yi)外(wai)還(hai)含(han)有(you)豐(feng)富(fu)的(de)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)。這(zhe)些(xie)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)不(bu)但(dan)產(chan)生(sheng)的(de)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)，而(er)且(qie)對(dui)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao)。為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)整(zheng)流(liu)逆(ni)變(bian)器(qi)對(dui)電(dian)機(ji)的(de)汙(wu)染(ran)和(he)幹(gan)擾(rao)
，PFC電路是不可或缺的部分。

 

 

2.3 分布及寄生參數引起的供電係統噪聲  

 

整流逆變器的分布參數是多數幹擾的內在因素
，例如供電係統和散熱器之間的分布電容就是噪聲源。整zheng流liu逆ni變bian器qi與yu散san熱re器qi之zhi間jian的de分fen布bu電dian容rong與yu開kai關guan管guan的de結jie構gou以yi及ji開kai關guan管guan的de安an裝zhuang方fang式shi有you關guan。采cai用yong帶dai有you屏ping蔽bi的de絕jue緣yuan襯chen墊dian可ke以yi減jian小xiao開kai關guan管guan與yu散san熱re器qi之zhi間jian的de分fen布bu電dian容rong。

 

如圖4所示，在高頻工作下的元件都有高頻寄生特性

，對其工作狀態產生影響。高頻工作時導線變成了發射線、電容變成了電感、電感變成了電容
、電阻變成了共振電路。觀察圖4中(zhong)的(de)頻(pin)率(lv)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)，當(dang)頻(pin)率(lv)過(guo)高(gao)時(shi)各(ge)元(yuan)件(jian)的(de)頻(pin)率(lv)特(te)性(xing)產(chan)生(sheng)了(le)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)變(bian)化(hua)。為(wei)保(bao)證(zheng)整(zheng)流(liu)逆(ni)變(bian)器(qi)在(zai)高(gao)頻(pin)工(gong)作(zuo)時(shi)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)
，設(she)計(ji)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)時(shi)要(yao)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)元(yuan)件(jian)在(zai)高(gao)頻(pin)工(gong)作(zuo)時(shi)的(de)特(te)性(xing)，選(xuan)擇(ze)使(shi)用(yong)高(gao)頻(pin)特(te)性(xing)比(bi)較(jiao)好(hao)的(de)元(yuan)件(jian)。另(ling)外(wai)，在(zai)高(gao)頻(pin)時(shi)導(dao)線(xian)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)的(de)感(gan)抗(kang)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)
，由(you)於(yu)電(dian)感(gan)的(de)不(bu)可(ke)控(kong)性(xing)
，最(zui)終(zhong)使(shi)其(qi)變(bian)成(cheng)一(yi)根(gen)發(fa)射(she)線(xian)，也(ye)就(jiu)成(cheng)為(wei)了(le)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)源(yuan)。

 

 

 

 

電磁兼容的三要素是幹擾源、ouhetongluheminganti，yizhiyishangrenheyixiangdoukeyijianshaodianciganraowenti。zhengliunibianqigongzuozaigaodianyadadianliudegaopinkaiguanzhuangtaishi
，qiyinqidediancijianrongxingwentishibijiaofuzade。danshi，rengfuhejibendedianciganraomoxing，keyicongsanyaosurushouxunqiuyizhidianciganraodefangfa。 

 

 

為了解決輸入電流波形畸變和降低電流諧波含量，開關電源需要使用功率因數校正（PFC）技術。PFC技(ji)術(shu)使(shi)得(de)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)跟(gen)隨(sui)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)

，將(jiang)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)校(xiao)正(zheng)成(cheng)近(jin)似(si)的(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)。從(cong)而(er)降(jiang)低(di)了(le)電(dian)流(liu)諧(xie)波(bo)含(han)量(liang)，改(gai)善(shan)了(le)橋(qiao)式(shi)整(zheng)流(liu)電(dian)容(rong)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)入(ru)特(te)性(xing)

，同(tong)時(shi)也(ye)提(ti)高(gao)了(le)電(dian)機(ji)的(de)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)。 

 

軟(ruan)開(kai)關(guan)技(ji)術(shu)是(shi)減(jian)小(xiao)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)損(sun)耗(hao)和(he)改(gai)善(shan)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)特(te)性(xing)的(de)重(zhong)要(yao)方(fang)法(fa)。開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)開(kai)通(tong)和(he)關(guan)斷(duan)時(shi)會(hui)產(chan)生(sheng)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)和(he)尖(jian)峰(feng)電(dian)壓(ya)，這(zhe)是(shi)開(kai)關(guan)管(guan)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)及(ji)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)。使(shi)用(yong)軟(ruan)開(kai)關(guan)技(ji)術(shu)使(shi)開(kai)關(guan)管(guan)在(zai)零(ling)電(dian)壓(ya)、零電流時進行開關轉換可以有效地抑製電磁幹擾。 

 

 

電源線幹擾可用電源線濾波器濾除

，整流逆變器EMI濾波器基本電路見圖5。一個合理有效的整流逆變器EMI濾波器應該對電源線上差模幹擾和共模幹擾都有較強的抑製作用。在圖5中和叫做差模電容
，叫做共模電感，和叫做共模電容。差模濾波元件和共模濾波元件分別對差模和共模幹擾有較強的衰減作用。 

 

共模電感是在同一個磁環上由繞向相反、匝(za)數(shu)相(xiang)同(tong)的(de)兩(liang)個(ge)繞(rao)組(zu)構(gou)成(cheng)。通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)環(huan)形(xing)磁(ci)芯(xin)
，漏(lou)磁(ci)小(xiao)，效(xiao)率(lv)高(gao)，但(dan)是(shi)繞(rao)線(xian)困(kun)難(nan)。當(dang)市(shi)網(wang)工(gong)頻(pin)電(dian)流(liu)在(zai)兩(liang)個(ge)繞(rao)組(zu)中(zhong)流(liu)過(guo)時(shi)為(wei)一(yi)進(jin)一(yi)出(chu)，產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)恰(qia)好(hao)抵(di)消(xiao)，使(shi)得(de)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)對(dui)市(shi)網(wang)工(gong)頻(pin)電(dian)流(liu)不(bu)起(qi)任(ren)何(he)阻(zu)礙(ai)作(zuo)用(yong)
，可(ke)以(yi)無(wu)損(sun)耗(hao)地(di)傳(chuan)輸(shu)。如(ru)果(guo)市(shi)網(wang)中(zhong)含(han)有(you)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)，這(zhe)種(zhong)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)電(dian)流(liu)是(shi)同(tong)方(fang)向(xiang)的(de)，流(liu)經(jing)兩(liang)個(ge)繞(rao)組(zu)時(shi)，產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)同(tong)相(xiang)疊(die)加(jia)，使(shi)得(de)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)對(dui)幹(gan)擾(rao)電(dian)流(liu)呈(cheng)現(xian)出(chu)較(jiao)大(da)的(de)感(gan)抗(kang)，由(you)此(ci)起(qi)到(dao)了(le)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)的(de)作(zuo)用(yong)。

 

實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)中(zhong)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)兩(liang)個(ge)電(dian)感(gan)繞(rao)組(zu)由(you)於(yu)繞(rao)製(zhi)工(gong)藝(yi)的(de)問(wen)題(ti)會(hui)存(cun)在(zai)電(dian)感(gan)差(cha)值(zhi)，不(bu)過(guo)這(zhe)種(zhong)差(cha)值(zhi)正(zheng)好(hao)被(bei)利(li)用(yong)作(zuo)差(cha)模(mo)電(dian)感(gan)。所(suo)以(yi)，一(yi)般(ban)電(dian)路(lu)中(zhong)不(bu)必(bi)再(zai)設(she)置(zhi)獨(du)立(li)的(de)差(cha)模(mo)電(dian)感(gan)了(le)。共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)的(de)差(cha)值(zhi)電(dian)感(gan)與(yu)電(dian)容(rong)及構成了一個∏型濾波器。這種濾波器對差模幹擾有較好的衰減。 

 

除共模電感以外，圖5中的電容及也是用來濾除共模幹擾的。共模濾波的衰減在低頻時主要由電感器起作用，而在高頻時大部分由電容及起作用。電容的選擇要根據實際情況來定，由於電容接於電源線和地線之間，承受的電壓比較高，所以，需要有高耐壓、低漏電流特性。 

 

差模幹擾抑製器通常使用低通濾波元件構成，最簡單的就是一隻濾波電容接在兩根電源線之間而形成的輸入濾波電路（如圖5中電容），隻zhi要yao電dian容rong選xuan擇ze適shi當dang，就jiu能neng對dui高gao頻pin幹gan擾rao起qi到dao抑yi製zhi作zuo用yong。該gai電dian容rong對dui高gao頻pin幹gan擾rao阻zu抗kang甚shen低di，故gu兩liang根gen電dian源yuan線xian之zhi間jian的de高gao頻pin幹gan擾rao可ke以yi通tong過guo它ta，它ta對dui工gong頻pin信xin號hao的de阻zu抗kang很hen高gao
，故gu對dui工gong頻pin信xin號hao的de傳chuan輸shu毫hao無wu影ying響xiang。該gai電dian容rong的de選xuan擇ze主zhu要yao考kao慮lv耐nai壓ya值zhi，隻zhi要yao滿man足zu功gong率lv線xian路lu的de耐nai壓ya等deng級ji，並bing能neng承cheng受shou可ke預yu料liao的de電dian壓ya衝chong擊ji即ji可ke。為wei了le避bi免mian放fang電dian電dian流liu引yin起qi的de衝chong擊ji危wei害hai
，電容容量不宜過大，一般在0.01～0.1μF之間。電容類型為陶瓷電容或聚酯薄膜電容。

 

 

抑(yi)製(zhi)輻(fu)射(she)噪(zao)聲(sheng)的(de)有(you)效(xiao)方(fang)法(fa)就(jiu)是(shi)屏(ping)蔽(bi)。可(ke)以(yi)用(yong)導(dao)電(dian)性(xing)能(neng)良(liang)好(hao)的(de)材(cai)料(liao)對(dui)電(dian)場(chang)進(jin)行(xing)屏(ping)蔽(bi)，用(yong)磁(ci)導(dao)率(lv)高(gao)的(de)材(cai)料(liao)對(dui)磁(ci)場(chang)進(jin)行(xing)屏(ping)蔽(bi)。供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)連(lian)接(jie)線(xian)

，電(dian)源(yuan)線(xian)都(dou)應(ying)該(gai)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)的(de)導(dao)線(xian)，盡(jin)量(liang)防(fang)止(zhi)外(wai)部(bu)幹(gan)擾(rao)耦(ou)合(he)到(dao)電(dian)路(lu)中(zhong)。或(huo)者(zhe)使(shi)用(yong)磁(ci)珠(zhu)、磁環等EMC元件，濾除電源及信號線的高頻幹擾，但是，要注意信號頻率不能受到EMC元件的幹擾，也就是信號頻率要在濾波器的通帶之內。整個供電係統的外殼也需要有良好的屏蔽特性
，接縫處要符合EMC規定的屏蔽要求。通過上述措施保證供整流逆變器既不受外部電磁環境的幹擾也不會對外部電子設備產生幹擾。

 

 

如今在電機用途應用越來越廣泛DE的情況下，EMI問題成為了電機運行穩定性的一個關鍵因素
，也是一個最容易忽視的方麵。因此，電機供電係統的EMI抑製技術在電機設計中占有很重要的位置。實踐證明，EMI問題越早考慮、越早解決
，費用越小
、效果越好。

 

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