案例摘自鄭軍奇專著《EMC設(shè)計(jì)與測(cè)試案例分析》第三版

問(wèn)題描述：

某汽車零部件產(chǎn)品是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，在進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有通過(guò)，下圖是該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的傳導(dǎo)騷擾測(cè)試結(jié)果：

圖1 某電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的傳導(dǎo)騷擾測(cè)試結(jié)果

在驅(qū)動(dòng)的功率管的DS級(jí)之間并聯(lián)電容后，測(cè)試通過(guò)。增加電容后的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的傳導(dǎo)騷擾測(cè)試結(jié)果如下圖2所示：

圖2 增加電容后的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的傳導(dǎo)騷擾測(cè)試結(jié)果

原因分析：

圖3是驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生EMI問(wèn)題的原理圖。圖3中驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)線與參考接地板之間存在寄生電容，該寄生電容與參考接地板、LISN、電源線、變頻器本身電路組合成一條共模回路，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)電流流過(guò)LISN時(shí)，即產(chǎn)生傳導(dǎo)騷擾。

圖 3 變頻驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生EMI問(wèn)題的原理圖

驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)假設(shè)為矩形波，根據(jù)傅里葉變換，矩形波由無(wú)限多個(gè)正弦波疊加而成，這些正弦波即為矩形波的基波即各次的諧波分量。根據(jù)傅里葉變換理論，矩形波的低次諧波分量的幅度隨著諧波次數(shù)的變高呈線性衰減，高次諧波分量的幅度隨諧波次數(shù)的變高呈平方衰減。諧波分量的幅度為線性衰減與平方衰減的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為1/ΠTr，如上升沿時(shí)間10ns，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)約30MHz。案例中，當(dāng)功率管的D、S兩極間并聯(lián)電容后，對(duì)于功率管輸出的信號(hào)電壓波形，實(shí)質(zhì)上改變的主要是信號(hào)電壓波形的上升沿時(shí)間，即上升沿時(shí)間變長(zhǎng)。

而上升沿時(shí)間變長(zhǎng)后（案例中原上升沿時(shí)間為10ns，并聯(lián)電容后下降為50ns），諧波分量的幅度為線性衰減與平方衰減的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為1/ΠTr的值變小（即從原來(lái)的30MHz下降為6MHz），矩形波的諧波分量的幅度隨著諧波次數(shù)或頻率更早的進(jìn)入平方衰減區(qū)域，使得高次諧波的幅度變小。高次諧波的幅度變小后，按原理圖所示相應(yīng)的共模電流也變小，傳導(dǎo)騷擾也變低。

思考與啟示：

上升沿時(shí)間與信號(hào)的高次諧波的幅度有非常大的關(guān)系，而低次諧波的幅度與上升沿時(shí)間無(wú)關(guān)，當(dāng)產(chǎn)品周期性工作信號(hào)的高次諧波頻點(diǎn)EMI超標(biāo)時(shí)，降低產(chǎn)品周期性工作信號(hào)源的上升沿時(shí)間是非常有效的措施；

功率電路中，D、S兩極間并聯(lián)電容或在G極上串聯(lián)電阻、磁阻都可增大功率管輸出信號(hào)的上升沿時(shí)間，D、S兩極間并聯(lián)的電容值大小與高次諧波幅度的降低無(wú)直接的關(guān)系，應(yīng)該考慮電容值大小與上升沿時(shí)間的關(guān)系；

時(shí)鐘線上并聯(lián)電容，也可增大時(shí)鐘信號(hào)線電壓波形的上升沿時(shí)間，減小時(shí)鐘信號(hào)高次諧波的幅度，降低時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生的EMI水平。







審核編輯：劉清