调速电机整改案例分享

一前言

带调速电机的产品是比较常见的，如档位可调的风机，吸尘器等，这类型的产品由于其工作特性，常常会造成整个产品的电磁辐射超标问题。本次分享的案例正是带有调速电机的产品--洗脱一体机，希望借助此次整改案例，跟大家一起来探讨下这类产品的EMI问题源头以及整改方法。

二调速电机驱动部分架构及问题点分析

上图为该产品调速电机控制部分电路的架构示意图，主要通过PWM信号控制电机负极功率MOSFET管的通断，调节控制板输出的PWM信号的脉冲宽度的占空比的大小，实现对电机转速的控制，PWM信号的开关频率为10KHz。对调速电机类产品可能造成EMI的根源可分为以下几点：

（1）有刷电机的拉弧现象：火花是换向器区域附近的空气介质电离，在空气中形成带电粒子，形成电磁干扰，此类干扰一般在测试频谱全频段都能测得到。

常见电机噪声频谱如下：

由测试数据可知，有刷电机噪声一般偏向于全频段，且呈现无规则的毛刺形态。

（2）电机启动停止瞬间的电压突变现象，V=-Ldi/dt;

（3）LC谐振电路:调速电机的组成一般包括MOS管和电感，由于MOS管本身的寄生电容，导致MOS管在截止时与电机电感形成一个LC谐振电路，而PWM方波信号本身具有丰富的高次谐波频谱，某些频段极容易被LC谐振回路放大，进而产生较强的电磁辐射，下图为MOS管的寄生电容示意图：

关于（1）（2）点做了简单的电路模拟，电源电压12V，电机电感800uH,图1图2验证的是电路开断瞬间的电压变化，这里假设MOS管关断时电容值为10pF,图3模拟由PWM信号驱动下的电路电压情况:

图 1 电路断开瞬间

图 2 电路闭合瞬间

图 3 PWM信号控制

通过简单的仿真电路可以看出，虽然电路电压只有12V，但电机电感两端电压值在电路开断瞬间的变化幅度比较大，而dv/dt越大，对EMI测试越不利。

（4）PWM信号噪声

PWM信号为方波信号，其陡峭的上升沿具有频段很宽的高次谐波，容易通过信号回路或者耦合到其他线路产生对外辐射。

三实测数据与问题分析验证

测试标准：EN55032，测试频段30MHz~1GHz

分析：测试数据如上图所示，最高点超限值20dB，超标数据在50MHz-200MHz呈现包络形态，对照前面对噪声源头的4点分析，首先排除是电机拉弧造成的。接下来判断是否是PWM信号造成的，可以先把负载电机断开，断开后测试数据如下：

由前后数据对比可以看出，噪声源头不在PWM信号上，那么，剩下的可能性是（1）电机启停瞬间产生的瞬时高电压和（2）电路的LC谐振现象。由于MOS管开断瞬间，会同时存在反向电动势和LC谐振现象，所以并不能很好对二者做区分，只好围绕这部分电路做整改处理。

整改手段：

（1）在电机正负极两端增加电容，用于吸收瞬时电压；

（2）在电机正负极之间增加一个单向二极管，作为于开关电源中的续流二极管相似；

（3）在MOS管的DS极之间加RC吸收电路；

（4）适当调整MOS管栅极电阻，通过延长开关闭合时间达到降低抑制EMI效果。

简单的电路仿真电路如下图，在电感两端增加了一个二极管，反向电压值由-191V变为-15V，有明显改善。

整改后数据如下：

在实际整改过程中，在电机端加二极管确实起到了很明显的效果，但最终要达到如上图一样的测试数据，还需要结合其他整改手段，并不断调整滤波参数，主要的整改方向前面都已提及，具体细节限于篇幅不再赘述。

四总结

电磁辐射EMI三要素包括：骚扰源，耦合路径和敏感设备，本文主要围绕调速电机的工作过程，分析造成此类产品EMI超标的噪声根源，借助实际整改案例，分享整改过程中的验证思路以及噪声抑制的方法，并结合简单的电路仿真力求将问题论述得更加形象清楚，其中肯定也有思虑不足的地方，还请见谅。

审核编辑：汤梓红