某车载电机控制器EMC整改案例

一前言

本次整改样机为某客户的车载电机控制项目，主要通过PWM信号进行电机转速调整，实际测试过程中，存在低频段部分辐射严重超标问题，以下是本次测试与整改分析过程。

二电机控制器架构及问题点

上图为该电机控制器的简单示意图，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，可以实现对电机转速的控制，PWM信号的开关频率为16KHz。初步分析可以得到以下几点：

（1）EMI可分为传导干扰和辐射干扰，传导干扰是指干扰能量沿着电缆以干扰电压的形式传播，辐射干扰是指干扰能量以电磁波的形式通过空间将其信号耦合到另一个电网络。

（2）为了有效限值EMI，必须搞清楚干扰源和耦合路径才能对电磁干扰加以抑制。在由直流电机驱动的各种产品中，EMI的来源主要包括：

1、电机的火花，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；

2、非线性器件，可控硅、整流二极管以及晶体管开关的导通截止的工作特性会产生高频谐波干扰；

3、PWM控制信号的高次谐波造成的低频（杆天线，电流法和电压法测试频段）辐射超标。

三测试数据

测试标准为CISPR25-2018 等级3，上面的数据为杆天线测试数据(0.15-30MHz)，在所有测试频段中辐射超标最为严重，是本次整改的重点。通过对数据进行分析，可以得知数据呈现有规律的分布，两两之间频率间隔约为16KHz，正是PWM信号的开关频率。

四整改措施

电磁干扰的三要素为：干扰源-耦合路径-敏感设备，常用的整改手段也是基于这三个要素进行，大体可分为屏蔽，接地和滤波。

已知辐射源头为PWM信号，超标频点为该信号的高次谐波。考虑到辐射超标频段为150KHz开始的低频，如果采用滤波的手段，一方面滤波器件参数会比较大，比如大电容电感；另一方面，经过滤波后，输出的驱动电压波形将会受到影响，进而可能会影响功能。因此整改时优先选择了对辐射路径进行屏蔽处理。

如上图所示，绿色框1处为PWM信号由控制板到驱动板的传输路径，先将电机部分断开后测试数据如下：

对该线束进行屏蔽处理后数据如下：

由两次测试数据对比可以看出，PWM信号到驱动板的线束是辐射的路径之一。由于电机电源负极受PWM信号控制，所以绿色框2处的电压波形与PWM信号将是一致的，也是16KHz，实测靠近驱动板端电机电压波形如下：

同时，由于电机的缘故，电机两端的电压波形会有明显的过冲和振铃现象，越靠近电机端越明显，下图为实测靠近电机端电压波形：

由上图可以看到，电机两端电压存在明显的过冲和振铃现象，此处的电压变化率更大，辐射更强。在屏蔽PWM信号线的基础上将电机接回来，测试数据如下：

由上图知，整个低频段的辐射超标情况还是很严重。我们继续往下整改，同样按照前面的方法对电机线束进行屏蔽处理，测试数据如下：

可以看到，屏蔽确实能起到明显的效果，但是这里需要注意的是，这里的屏蔽需要进行双端接地处理，电机端接地接的是电机的金属外壳，接与不接的效果差别很大。

五总结

以上是本次分享的全部内容，主要涉及调速电机低频辐射超标问题的整改思路以及实际整改效果，整改措施以屏蔽为主。考虑到在实际应用中受到各种因素的影响，屏蔽的可行性较低，笔者将继续尝试其他比较可行的方案，同时也期望读者朋友们能慷慨赐教，为我们提供这方面相关的宝贵建议。