直流pwm控制系统中的电磁干扰及抑制
任清荣 张佳友 江丕栋(中国科学院生物物理所北京100101)
摘 要 描述在直流pwm控制系统中电磁干扰的产生以及对电路的影响,并简要阐述对电磁干扰的抑制措施。
叙 词 pwm电磁干扰抑制
1 引 言
直流pwm控制方法广泛应用于现代控制系统中,pwm控制原理就是通过开关管周期性的工作在导通一关断状态,控制电枢电压,达到控制电机转速的目的。pwm控制方法虽然有许多优点,但由于其主电路中的高压切换是不可避免的。因而电枢两端的电压呈脉冲状态,du/dt的幅度一般都很高;电枢电流呈三角波状态,且在切换时d//dt的变化量也很大[1],因此使得功率转换电路本身就形成一个干扰源(见图1)。
2干扰的产生及影响
在任何系统中,形成电磁干扰必须具备三个条件:①干扰源的存在。②对干扰源的干扰能量敏感的接收单元。③耦合通道。
首先,图2是等效直流电动机pwm电路,在pwm功率转换电路中,当开关管开关切换时,就会伴随出现电压性和电流性浪涌,这时产生的d//dt、du/dt都很大,并包含了j}常高的频率成分。大脉冲电流引起的磁或电磁干扰流过幅值大且快速变换的电流回路与地形成的环路,就会产生磁坜耦合,形成严重的干扰,使原来电路中未予描述的寄生电霜和配线电感对电路的影响就不能被忽略。
其次,直流伺服电动机在pwm控制下,电枢中的电流改变方向形成磁场的急剧变化,当电机绕组的电流通路被切断时,线圈中的磁场突然消失。线圈上就会产生一高达数百伏的瞬变电压,它能产生极大的能量泄放,会窜入控制回路,对系统中的其它电子装置产生相当大的电能冲击。干扰系统正常的工作,导致系统的基本逻辑判断出错,甚至击穿或毁坏元件。直流电动机电刷换向火花也产生高频辐射,通过导线串入电子控制设备中,并通过电机轴辐射,干扰测速发电机。
2.2传播途径及干扰对象
干扰的传播途径主要有:①沿主回路与电动机之间的导线传导。②通过电容耦合,电感耦合传输到测速电机、基极驱动、半导体逻辑器件等敏感单元。
2.3 干扰对系统的影响
2.3.1 对系统稳定度的影响
在采用测速发电机场合,测速电机输出含有相当大的交流噪声(特别是在低速),而测速发电机导线末端接到前置放大器的输入端,所以仅几微伏的电压就会影响系统的闭环稳定性。
2.3.2 对系统可靠性的影响
当电流流过导线时,基周围必有磁通存在,如果电流变化,磁通亦变化,磁通的变化将产生感生电动势,阻止电流的变化。在桥式电路中,两个下桥晶体管的发射极经常接到同一中心点。这一接地点也是相应的基极驱动电路的电住参考点,当发射极d//dt很大时,就产生一个与基极驱动电压的极性相反的电压,在这个共有的引线电感将减慢功率开关管的开关速度。为避免这个问题,发射极间的距离应尽可能的短,另一解决方法将每一基极驱动电路直接接地,单独的连到被驱动的晶体管发射极端,应尽量减小回路面积,驱动电路直接接到发射极端(见图3)。
一个连接于控制电路的直流伺服电机,在电机上,从电机传导出高频整流噪声,并且从外部引线辐射出高频干扰,对其它低电位电路产生干扰,产生误触发。解决方法:附加两个铁氧体磁环和两个穿心电容,但在具有直流的电路中,采用铁氧体磁环,必须保证电流不使磁环饱和,有时会在电路中产生振荡。
3抑制的措施
在明确了干扰的来源、耦合方式及其性质后,来讨论如何抑制干扰的问题。为了保证系统正常工作,可以采用多种抗干扰措施。
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