詳細(xì)解析無刷電機(jī)EMI整改！
01. 前言
由于無刷電機(jī)的安全可靠、效率高、噪聲低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，其應(yīng)用越來越廣泛，在諸如廚房電器、白色家電、智能家居、電機(jī)數(shù)碼、醫(yī)療設(shè)備、汽車等領(lǐng)域中都有它的身影。而無刷電機(jī)因?yàn)槠潆娮娱_關(guān)驅(qū)動(dòng)控制模式，難免會(huì)出現(xiàn)EMI問題。在比創(chuàng)達(dá)近期的眾多整改案例中，也出現(xiàn)較多的無刷電機(jī)類產(chǎn)品（包括風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、高速吹風(fēng)筒）的EMI問題；
經(jīng)過對(duì)產(chǎn)品特性的分析研究，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)團(tuán)隊(duì)技術(shù)指導(dǎo)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，最終所有的產(chǎn)品均迅速通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，現(xiàn)將比創(chuàng)達(dá)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的部分案例分享如下：
PART 01 整改實(shí)例
如圖1、2所示，某應(yīng)用在服務(wù)器上的散熱風(fēng)扇產(chǎn)品（DC48V供電）的RE及CE測(cè)試均大幅度超標(biāo)，CE最高超標(biāo)42dB！RE最高超標(biāo)30dB！
圖1 某電機(jī)產(chǎn)品CE測(cè)試超標(biāo)數(shù)據(jù)
圖2 某電機(jī)產(chǎn)品RE測(cè)試超標(biāo)數(shù)據(jù)
在分析了無刷電機(jī)的原理、鎖定了干擾源后，通過施加一些簡(jiǎn)單的措施（見第2節(jié)的分析），就將整體的噪聲降低了幾十dB，保證了產(chǎn)品的發(fā)射強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)限值有足夠的裕量（CE 9dB裕量，RE 4dB裕量），整改后結(jié)果如圖3、4：
圖3 整改后的CE測(cè)試PASS數(shù)據(jù)
圖4 整改后的RE測(cè)試PASS數(shù)據(jù)
PART 02 無刷電機(jī)原理及其EMI噪聲源
相比有刷電機(jī)通過碳刷和換向器實(shí)現(xiàn)電流方向的變換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)方向的切換、保證線圈感生的磁場(chǎng)相對(duì)永磁體來說總是連續(xù)產(chǎn)生吸引或排斥作用，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子線圈的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，無刷電機(jī)是通過不同組半導(dǎo)體開關(guān)的通斷（如PWM波輸入MOS管柵極、控制其開關(guān)）來改變線圈中的電流流向、切換線圈的磁場(chǎng)方向?qū)崿F(xiàn)對(duì)永磁轉(zhuǎn)子接力推拉旋轉(zhuǎn)。
如圖5，在某一時(shí)間，電控模塊的開關(guān)管Q1和Q5導(dǎo)通，電流流過線圈A組和B組；如圖6，因線圈的繞線方式不同，二者產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，對(duì)同一永磁轉(zhuǎn)子一組線圈產(chǎn)生推力、一組產(chǎn)生拉力，實(shí)現(xiàn)了2組線圈合力驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
圖6 線圈定子推拉永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)示意
因此，不同于有刷電機(jī)的電刷與換向器的續(xù)斷接觸產(chǎn)生的電火花為較大噪聲來源，無刷電機(jī)的噪聲主要由電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊、開關(guān)管的開關(guān)噪聲產(chǎn)生。另外，機(jī)器自身的電源模塊：AC-DC、DC-DC模塊也會(huì)產(chǎn)生較大噪聲。
通過現(xiàn)場(chǎng)分析產(chǎn)品的原理圖及PCBA，發(fā)現(xiàn)針對(duì)開關(guān)控制、驅(qū)動(dòng)模塊易出問題的點(diǎn)或者可通過限流、濾波降低干擾的點(diǎn)，如開關(guān)管SW端、MOS管輸出端并無限流、濾波措施，或是濾波參數(shù)還有調(diào)整的空間；而電源DC-DC模塊的輸入端也無相應(yīng)的抑制共模噪聲措施；現(xiàn)場(chǎng)通過近場(chǎng)掃描也確實(shí)能發(fā)現(xiàn)這兩塊的噪聲較大。
找到了源頭，接下來的處理措施也就簡(jiǎn)單了，最終的整改措施包括：
1）DC輸入加CLC濾波（如圖7，C1=C2=22uF，L1為272共模電感：BWMF702P272P1A）；
2）MOS管柵極RC由75R/4.7nF改成110R/6.8nF；
3）三相驅(qū)動(dòng)輸出對(duì)地加10nF電容濾波； 4）電機(jī)線纜靠近電機(jī)端繞磁環(huán)（BTRC02RH278）；
圖7 DC輸入加CLC （因主板不易串接，故用面包板飛線，量產(chǎn)需改板）
圖8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊濾波 （客戶未提供原理圖，此原理圖僅作示意）
圖9 電機(jī)線繞磁環(huán)
PART 03 總 結(jié)
1、無刷電機(jī)的主要噪聲源為電驅(qū)電控模塊的DC-DC升降壓電源的噪聲、及三相驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的開關(guān)噪聲；
2、抑制無刷電機(jī)EMI的噪聲可以針對(duì)其開關(guān)管的脈沖控制信號(hào)、三相輸出的矩形波信號(hào)進(jìn)行處理，通過加濾波措施對(duì)矩形波上升沿和下降沿的過沖、振鈴進(jìn)行削弱；同時(shí)也可以延緩信號(hào)上升沿和下降沿，降低干擾；
3、電機(jī)自身的金屬外殼一般都有一定的屏蔽作用，但因外接線纜、非金屬結(jié)構(gòu)件的存在等，無法保證完全屏蔽、干擾也會(huì)以傳導(dǎo)的方式通過線纜外泄，其他電源、監(jiān)控等線纜也是潛在的等效天線，所以針對(duì)線纜也需要做屏蔽或?yàn)V波（端口濾波、繞磁環(huán)等）處理。
