調(diào)速電機AM輻射噪聲研究
*作者簡介:魏亞男(1992—),工程師,主要從事電磁兼容開發(fā)與驗證相關(guān)工作。E-mail:weiyanan_tj@163.com。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202201/431117.htm為實現(xiàn)電機調(diào)速功能,許多產(chǎn)品采用PWM 驅(qū)動的設(shè)計[1-2],如整車座椅設(shè)計中實現(xiàn)座椅調(diào)節(jié)的調(diào)速功能,座椅模塊通過調(diào)節(jié)輸出PWM 占空比,實現(xiàn)調(diào)速。這種系統(tǒng)方案在進行輻射騷擾測試時大多會出現(xiàn)AM 頻段超標現(xiàn)象,反映在整車上會在收音機AM 電臺上出現(xiàn)明顯噪聲。本文以此為背景,研究噪聲來源與影響因素,以解決該設(shè)計方案AM 頻段噪聲超標問題。
1 背景
某款車型調(diào)速電機進行系統(tǒng)級電磁兼容測試時出現(xiàn)AM 頻段輻射超標的現(xiàn)象,輻射干擾測試結(jié)果如圖1 所示,且整車級EMC 測試時電機系統(tǒng)干擾收音機AM 電臺,產(chǎn)生明顯的噪聲。
圖1 輻射干擾測試結(jié)果
2 問題分析
為研究該測試結(jié)果的影響因素,本文通過搭建電機系統(tǒng)等效模型,研究電機參數(shù)以及控制信號對RE 的影響。
該調(diào)速電機由控制模塊輸出PWM 信號控制:Tr=Tf=1 μs 。借助仿真軟件搭建該電機系統(tǒng)等效模型,電機內(nèi)部電路如圖2 所示,輻射騷擾的仿真與測試對比結(jié)果如圖3 所示。由于仿真結(jié)果為3 m 場數(shù)據(jù),且考慮實際測試環(huán)境與仿真環(huán)境的差異,仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)有少許差異。由此證明仿真模型的有效性。
圖2 電機內(nèi)部電路
圖3 仿真數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)對比
2.1 電機參數(shù)影響
由圖4 電機內(nèi)部參數(shù)對AM 噪聲影響可知,調(diào)整電機內(nèi)部器件參數(shù):X 電容(圖4.1)、Y 電容(圖4.2)以及串聯(lián)電感(圖4.3)對AM 噪聲超標無明顯改善,故僅通過調(diào)整電機元器件參數(shù)無法達到降低AM 噪聲的目的。
圖4.1 X電容影響
圖4.2 Y電容影響
圖4.3 電感影響
圖4 電機內(nèi)部參數(shù)對AM噪聲影響
2.2 PWM控制信號參數(shù)影響
由式(1)傅里葉變換公式[3],將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號,該PWM 控制信號的頻譜分布如圖5 所示。
公式(1)
該PWM信號在AM頻段的頻譜分量最高達160 mV,改變PWM 邊沿斜率,即增加上升下降沿時間,可明顯改善AM 頻段輻射噪聲,如圖6 PWM 邊沿速率影響所示。圖7 為不同邊沿速率PWM 信號的頻譜對比,由圖可知,邊沿越陡峭,AM 頻段頻譜分量的幅值越大,即所包含能量越高,從而產(chǎn)生的輻射干擾越大。此外,降低電流也對AM 噪聲有明顯改善,但考慮電機功率,該改進方案不可取。
由以上分析可知,該調(diào)速電機AM 輻射噪聲根源為PWM 信號邊沿所包含的頻譜分量,且調(diào)整電機參數(shù)對噪聲結(jié)果無明顯改善。因此,最終優(yōu)化方案為延緩PWM 邊沿至25 μs。
圖5 控制信號頻譜分布
圖6 PWM邊沿速率影響
圖7 PWM信號頻譜
3 結(jié)束語
本文通過仿真分析,定位PWM 信號為調(diào)速電機系統(tǒng)產(chǎn)生AM 噪聲的根源。由仿真計算結(jié)果得出:改變電機元器件參數(shù)對噪聲結(jié)果無明顯改善;減緩PWM 上升下降沿,即降低AM 頻段的頻譜分量可明顯降低AM噪聲,最終通過調(diào)整PWM 邊沿至25 μs 解決了AM 輻射超標的問題。
因此,在電機驅(qū)動電路設(shè)計中,應(yīng)關(guān)注PWM 信號參數(shù),前期結(jié)合仿真計算,從源頭上避免噪聲超標的現(xiàn)象。
參考文獻:
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(本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年1月期)
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