EMI问题分析

1.EMI问题的产生

在任何系统中，形成电磁干扰必须具备三个基本条件，即干扰源、接受单元、有耦合通道。其中有耦合通道指把能量动干扰源耦合的敏感接收器上，并使系统性能明显恶化的媒介。

在PWM系统中，电磁干扰的来源主要有以下几个方面。

1)交流电网的负载突变

交流电网负载突变时（如电动机启动、制动，各种用电器的通断等），在负载突变处产生瞬变电压波，其振幅可高于电源电压，而且前沿陡峭，频带很宽，相当于周期为毫秒至纳秒的高频振荡电压。它经由直流稳压电源进入控制子线路，再经过寄生电容进入大地，构成闭合回路。

2)强电干扰

系统内部的强电元件，如电磁铁、继电器、接触器、电动机等感性负载，在通过过程中产生瞬时过电压和冲击电流。这是高频振荡电压，它不仅影响驱动电路，而且会通过电源进入电子线路造成干扰，还可能经过布线电容、电磁感应干扰其他信号线路。

3)GTR切换

PWM功率转换电路中GTR在开关切换过程中，大脉冲电流引起磁的或电磁的干扰幅值大而且变化快速，电流回路与地构成环路产生的磁场耦合形成最严重的干扰。这种干扰最难消除、最复杂。

4)辐射干扰

直流伺服电机在PWM控制下，电枢绕组中的电流改变方向，形成磁场的急剧变化，其电刷的换向火花也全产生高频辐射，通过导线窜入电子控制线路，通过电机辐射干扰测速发电机。

另外还有一些功能性的干扰源，例如微处理机的时钟，三角波发生器，多谐波振荡器，PWM功率转换电路以及其他周期性信号发生器。任何具有固定频率的设备都是一种潜在的连续波干扰源。

2.干扰传递方式

干扰信号可多种途径从扰源耦合到敏感单元上。这些途径包括公共导线（例如：公共电源、公用连线等），设备间电容，相邻导线的互感，通过空间辐射以及交变电磁场中的导线。传递方式式可归结为：传导耦合、公共阻抗耦合以及辐射电磁场耦合。

1)传导耦合 

传导耦合就是通过导体来传播不希望有的电磁能量。它们通过电源线、信号输入输出线路和控制线路等来传播干扰。导线或导体是传递干扰的重要途径。

2)公共阻抗耦合 

在PWM系统中，指令信号与反馈信号比较，再经电压、电流放大后控制直流伺服电动机，那么在信号号传递中总需要一个公共基准点——电位参考点，这就形成了公共阻抗，流进公共阻抗的电流便将干扰耦合到其它电路中去。不良的接地方式是引起公共阻抗耦合的主要原因。

3)辐射耦合 

所有的元器件或导线，当有电荷运行时都会辐射电磁场，电磁场又可分为近场和远场。远场的耦合方式以碰辐射形式为主；近场耦台又分为电容性耦合和电感性耦合。所谓电容性耦合．是指系统内部元器件和元器件之间、导线和导线之间、导线和元器件之间及导线、元器件和结构件之间，由于存在着分布电容，如果高电位的导体中有干扰电压，通过分布电容使低电位导体受到影响，也就是说，通过导线间的分布电容使某一电路对另一电路形成交链。电感性耦合是指导体中电流流动时产生的磁通，通过互感被相邻导线或电路耦合而产生感应电压。电感耦合的主要途径是通过变压器耦台和并行导线间的耦合，而并行导线间的耦台是最为严重的。

3.消除干扰的方法

正如上面所述，在任何系统中，形成电磁干扰必须具备三个基本条件，即干扰源、接受单元、有耦合通道。在系统设计、制造、安装和调试过程中，只要消除了其中一个因素，干扰就被克服了。例如抑制干扰的产生，切断传递干扰的通道，提高敏感接受单元的抗干扰能力，都可以克服电磁兼容性问题。PWM系统电磁兼容问题抑制方法主要有以下几种。

1)在干扰源处抑制干扰。

2)采取良好的接地方式。

3)加强屏蔽和隔离以阻断干扰串入通道。

4)用滤波器阻挡及电容旁路，以消除干扰的传播。

5)提高控制线路的抗干扰能力，降低系统对干扰的灵敏度。

6)采取合理的元器件布局和布线。

PWM系统的功率损耗，除与功率转换电路GTR的饱和压降、集电报反向漏电流有关外，还直接与GTR的导通和关断有关。随着开关频率的提高。GTR的开关损耗也将越来越大。为了提高PWM功率转换电路的效率应尽可能减小GTR的导通时间和关断时间。但随着开关频率和开关速度的提高，由此而带来的干扰也将随之增加。功率转换电路GTR的开通速率高，基极驱动电路提供的正向电流大，则施加到续流二极管上的反向电压上升率也大，尖峰电流幅度和也大。因此，适当减缓CTR的开通速率（相应的开通损耗将增加，因而需要综合考虑）并集电极电流幅度或选用反向恢复时间短、复合电荷少的开关续流二极管，亦即造成GTR开通速度相对于续流二极管反向恢复时间缓慢，使能有效地减小尖峰电流。

另外抑制共态导通现象也能消除电磁兼容问题。跨接在电源两端的两只GTR出现瞬间同时导通而造成功率转换电路的电源对地直通短路的现象，称为共态导通。共态导通的现象一般出现在T型，H型PWM功率转换电路中。由于

共态导通，回路出现很大的短路电流．它不但会加大GTR的工作电流·增加瞬间功耗。使GTR很容易进入二次击穿区域，还会使系统产生干扰。在H型功率转换电路中，有两组GTR周期地交替工作在开关状态。如果同侧对管由于存储效应，使得导通的管子尚未截止时原来截止的管子就进入导通状态时，就会出现共态导通现象。另一方面，当设计基极驱动电路中疏忽或工艺不当，有时幅度高于触发电平的瞬时干扰脉冲作用到基极驱动信号上．使要求截止的管子瞬时误触发导通，从而形成共态导通。这时在电源线上的干扰脉冲幅度是相当高的。无论从干扰角度，还是从可靠性和效率角度来分析，都必须防止共态导通的出现。对于由GTR存储时间所引起的共态导通，采取开启延迟等方法排除；对于基极驱动干扰脉冲引起的共态导通，则必须设计共态脉冲互锁逻辑电路，以提高基极驱动电路的抗干扰能力。

另外正确地布置系统元器件及导线、是解决PWM系统电磁兼容性问题的有效途径。它不仅可以减小各种寄生耦合，而且可使结构简化、调试方便、成本降低。正确地布置元器件及导线，还必须考虑散热，防振等因素。

4.总结

至此，通过查阅电控系统设计和伺服产品手册等资料，本文分析了PWM型伺服驱动器引起EMI问题的原因和特点，还指出了各种措施来改善PWM型伺服系统的电磁兼容性能，文中列出了常见的电磁兼容抑制措施并进行了分析。