變頻調(diào)速的電磁干擾分析

1 、電磁干擾的概念及途徑

概念：

電磁干擾產(chǎn)生于干擾源，他是一種來自外部和內(nèi)部的并有損于有用信號的電磁現(xiàn)象。干擾經(jīng)過敏感元件、傳輸線、電感器、電容器、空間場等形式的途徑并以某種形式作用。其干擾效應(yīng)、現(xiàn)象普遍存在，形式各異，稱之為傳導(dǎo)干擾。

按帶不帶信息可以分為信息傳導(dǎo)干擾源和電磁噪聲傳導(dǎo)干擾源兩類：

信息傳導(dǎo)干擾源是指帶有的無用信息對模擬通道的干擾。
電磁噪聲傳導(dǎo)干擾源是指不帶任何信息的電磁噪聲對變頻系統(tǒng)的干擾。
 
途徑：

傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道可以分為電容傳導(dǎo)耦合(或稱電場耦合)、電阻傳導(dǎo)耦合(或公共阻抗耦合)及電感傳導(dǎo)耦合(或互感耦合)。

電容傳導(dǎo)耦合是指干擾源和信號傳輸線(包括印制電路線)之間通過導(dǎo)線以及部件的電容互相交鏈而構(gòu)成的電磁傳導(dǎo)耦合。
電阻傳導(dǎo)耦合是指干擾源和信號傳輸線(包括印制電路線)之間通過公共阻抗上的電流或電壓交鏈而構(gòu)成的傳導(dǎo)電磁耦合。
電感傳導(dǎo)耦合實質(zhì)上是磁場耦合。
 
2 數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)電磁干擾問題

數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電阻傳導(dǎo)耦合和電感傳導(dǎo)耦合的表現(xiàn)尤為明顯，主要是參考地的設(shè)計、印制線路板的設(shè)計和高低壓的隔離，模擬接口電路中易受到功率電路的影響。

DSP的電磁兼容特性主要反映在管腳信號電氣特性上。DSP的輸入輸出信號多數(shù)是數(shù)字信號，其外部接口電路也多數(shù)是數(shù)字電路，包括功率器件IPM也工作在開關(guān)狀態(tài)，整個系統(tǒng)具有明顯的數(shù)字電路特征，只有電流反饋環(huán)路是模擬信號，通過DSP的片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號進(jìn)行處理，再控制PWM的輸出來實現(xiàn)閉環(huán)控制。電磁干擾的表現(xiàn)具體分析為以下幾點：
 
(1)瞬態(tài)脈沖干擾對數(shù)字電路的影響
 
數(shù)字信號處理器以二進(jìn)制碼為基礎(chǔ)。用高、低電平來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并通過各種電路來描述信號特征，從而達(dá)到控制對象的目的。瞬態(tài)脈沖干擾將嚴(yán)重地影響了數(shù)據(jù)傳輸和控制狀態(tài)，對于數(shù)字電路本身雖然具有很強的抗干擾能力，但在高頻率電路中易受到攜帶高能量的脈沖干擾，其干擾部位表現(xiàn)在時鐘發(fā)生器、總線數(shù)據(jù)傳輸、PWM控制信號。IPM內(nèi)部的IGBT高速工作在開關(guān)狀態(tài)將產(chǎn)生很強的開關(guān)噪聲，通過地線、電源線、分布電容、分布電感的耦合帶入低壓數(shù)字電路中，有時嚴(yán)重地干擾了TMS320F240數(shù)字信號處理器的運算，表現(xiàn)為失控、程序跑飛和死機。
 
(2)分布電感、電容對信號的影響
 
    基于DSP控制的系統(tǒng)設(shè)計，控制部分通常選用TMS320F240EVM評估板，控制電路印制板的設(shè)計簡化了很多，只有IPM驅(qū)動板的電路設(shè)計和印制板要仔細(xì)地分析信號間的分布電容、分布電感的影響。但要注意考慮的是評估板與驅(qū)動板間的信號總線分布電感的影響，他可能會造成信號的延時和加長PWM控制信號的上、下降時間，從而導(dǎo)致IPM模塊中的上、下橋臂IGBT共通，這樣將造成IPM模塊不可恢復(fù)的永久損壞。
 
(3)電源對系統(tǒng)的影響
 
電源是多種干擾信號影響系統(tǒng)正常工作的途徑，主要有以下幾點影響：
 
內(nèi)阻不可能為零，凡是共電源的部分其干擾信號都可以通過電源內(nèi)阻互竄；電網(wǎng)線上是外部干擾(如：雷電、電磁發(fā)射)進(jìn)入的渠道；電源負(fù)載的斷開與接通將在電網(wǎng)上形成很大沖擊，感性負(fù)載的沖擊更為嚴(yán)重；電源本身將產(chǎn)生許多干擾信號，特別是IGBT高速開關(guān)產(chǎn)生的開關(guān)噪聲。
 
干擾信號在系統(tǒng)中存在2種形態(tài)，即共模與串模干擾信號。在數(shù)字系統(tǒng)中常用此來表征干擾作用的存在。串模干擾又稱正態(tài)干擾，他是指串聯(lián)于信號回路中的干擾，產(chǎn)生于傳輸線的互感，其與頻率有關(guān)，常用濾波和改善采樣頻率來減少。共模干擾又稱共態(tài)干擾，是干擾電壓同時加到兩條信號線上出現(xiàn)的干擾，因此線路傳輸結(jié)構(gòu)保持平衡能很好地抑制共模干擾。另外，消除地電流，能消除共模干擾，辦法是一點接地或浮空隔離(用脈沖變壓器、扼流圈或光電耦合器截斷地電流)。