直流pwm控制系統(tǒng)中的電磁干擾及抑制
任清榮 張佳友 江丕棟（中國科學(xué)院生物物理所北京100101）
摘 要 描述在直流pwm控制系統(tǒng)中電磁干擾的產(chǎn)生以及對(duì)電路的影響，并簡要闡述對(duì)電磁干擾的抑制措施。
敘 詞 pwm電磁干擾抑制
1 引 言
直流pwm控制方法廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，pwm控制原理就是通過開關(guān)管周期性的工作在導(dǎo)通一關(guān)斷狀態(tài)，控制電樞電壓，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。pwm控制方法雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于其主電路中的高壓切換是不可避免的。因而電樞兩端的電壓呈脈沖狀態(tài)，du/dt的幅度一般都很高；電樞電流呈三角波狀態(tài)，且在切換時(shí)d//dt的變化量也很大[1]，因此使得功率轉(zhuǎn)換電路本身就形成一個(gè)干擾源（見圖1）。
2干擾的產(chǎn)生及影響
在任何系統(tǒng)中，形成電磁干擾必須具備三個(gè)條件：①干擾源的存在。②對(duì)干擾源的干擾能量敏感的接收單元。③耦合通道。
首先，圖2是等效直流電動(dòng)機(jī)pwm電路，在pwm功率轉(zhuǎn)換電路中，當(dāng)開關(guān)管開關(guān)切換時(shí)，就會(huì)伴隨出現(xiàn)電壓性和電流性浪涌，這時(shí)產(chǎn)生的d//dt、du/dt都很大，并包含了j}常高的頻率成分。大脈沖電流引起的磁或電磁干擾流過幅值大且快速變換的電流回路與地形成的環(huán)路，就會(huì)產(chǎn)生磁壢耦合，形成嚴(yán)重的干擾，使原來電路中未予描述的寄生電霜和配線電感對(duì)電路的影響就不能被忽略。
其次，直流伺服電動(dòng)機(jī)在pwm控制下，電樞中的電流改變方向形成磁場(chǎng)的急劇變化，當(dāng)電機(jī)繞組的電流通路被切斷時(shí)，線圈中的磁場(chǎng)突然消失。線圈上就會(huì)產(chǎn)生一高達(dá)數(shù)百伏的瞬變電壓，它能產(chǎn)生極大的能量泄放，會(huì)竄入控制回路，對(duì)系統(tǒng)中的其它電子裝置產(chǎn)生相當(dāng)大的電能沖擊。干擾系統(tǒng)正常的工作，導(dǎo)致系統(tǒng)的基本邏輯判斷出錯(cuò)，甚至擊穿或毀壞元件。直流電動(dòng)機(jī)電刷換向火花也產(chǎn)生高頻輻射，通過導(dǎo)線串入電子控制設(shè)備中，并通過電機(jī)軸輻射，干擾測(cè)速發(fā)電機(jī)。
2.2傳播途徑及干擾對(duì)象
干擾的傳播途徑主要有：①沿主回路與電動(dòng)機(jī)之間的導(dǎo)線傳導(dǎo)。②通過電容耦合，電感耦合傳輸?shù)綔y(cè)速電機(jī)、基極驅(qū)動(dòng)、半導(dǎo)體邏輯器件等敏感單元。
2.3 干擾對(duì)系統(tǒng)的影響
2.3.1 對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定度的影響
在采用測(cè)速發(fā)電機(jī)場(chǎng)合，測(cè)速電機(jī)輸出含有相當(dāng)大的交流噪聲（特別是在低速），而測(cè)速發(fā)電機(jī)導(dǎo)線末端接到前置放大器的輸入端，所以僅幾微伏的電壓就會(huì)影響系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性。
2.3.2 對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響
當(dāng)電流流過導(dǎo)線時(shí)，基周圍必有磁通存在，如果電流變化，磁通亦變化，磁通的變化將產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，阻止電流的變化。在橋式電路中，兩個(gè)下橋晶體管的發(fā)射極經(jīng)常接到同一中心點(diǎn)。這一接地點(diǎn)也是相應(yīng)的基極驅(qū)動(dòng)電路的電住參考點(diǎn)，當(dāng)發(fā)射極d//dt很大時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)與基極驅(qū)動(dòng)電壓的極性相反的電壓，在這個(gè)共有的引線電感將減慢功率開關(guān)管的開關(guān)速度。為避免這個(gè)問題，發(fā)射極間的距離應(yīng)盡可能的短，另一解決方法將每一基極驅(qū)動(dòng)電路直接接地，單獨(dú)的連到被驅(qū)動(dòng)的晶體管發(fā)射極端，應(yīng)盡量減小回路面積，驅(qū)動(dòng)電路直接接到發(fā)射極端（見圖3）。
一個(gè)連接于控制電路的直流伺服電機(jī)，在電機(jī)上，從電機(jī)傳導(dǎo)出高頻整流噪聲，并且從外部引線輻射出高頻干擾，對(duì)其它低電位電路產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生誤觸發(fā)。解決方法：附加兩個(gè)鐵氧體磁環(huán)和兩個(gè)穿心電容，但在具有直流的電路中，采用鐵氧體磁環(huán)，必須保證電流不使磁環(huán)飽和，有時(shí)會(huì)在電路中產(chǎn)生振蕩。
3抑制的措施
在明確了干擾的來源、耦合方式及其性質(zhì)后，來討論如何抑制干擾的問題。為了保證系統(tǒng)正常工作，可以采用多種抗干擾措施。
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