PWM（脉冲宽度调制）应用中的电磁兼容问题及对策

PWM（脉冲宽度调制）应用中的电磁兼容问题及对策

翟毅涛

陆军装甲兵学院士官学校  130117

摘要：现当今，我国经济发展十分迅速，随着数字化和智能化的的兴起，轨道交通行业的电器产品也朝着数字化和智能化的方向发展，许多电器产品增加了数字化模块。为了使数字化模块在轨道车辆复杂的电磁环境中能正常、稳定地工作，同时不对其他设备造成干扰，必须考虑数字化模块的电磁兼容问题。目前，行业内已开始对司机控制器进行了数字化改造。数字化司机控制器增加了数字化模块，例如脉冲宽度调制(PWM)模块，改变了传统的电压输出方式，采用数字信号输出方式(例如PWM信号)。将模拟量输出转换为数字量输出，提高了司机控制器输出的稳定性和可靠性。但是，关于数字化司机控制

关键词：PWM（脉冲宽度调制）应用；电磁兼容；问题；对策

引言

为解决同步伺服控制器对外电磁干扰发射水平超标及内部电磁兼容性问题,介绍一种电磁兼容总体优化方法。在控制器内部有限空间内,通过合理设计分腔屏蔽结构及布局、合理接地等硬件方法,避免因交直流供电线间耦合导致的交流输入滤波失效,形成强干扰发射等问题,并最大限度形成屏蔽,隔离内外部干扰。通过定时监控、数据多址存取、信号多冗余度采集及滤波等软件方法,提高了控制器抗扰性能。测试结果表明,优化设计后的样机能够满足GJB151B—2013的要求。该方法在设计阶段提升了产品电磁兼容性,降低了研制周期及成本。

1屏蔽设计

金属材料对电磁场有明显的屏蔽作用，因此可以利用金属材料对空间隔离，将电磁场或电磁波控制在可接受范围内，同时还可防止外部环境中的干扰源影响，一般可采用以下电磁兼容设计原则：1）机箱材料尽可能选用导电性良好的金属材料，如铝合金，进行导电氧化表面处理，焊接件应确保焊缝的平滑性；2）控制机箱结构件之间接缝数量和长度，箱体与盖板的连接处均采用“Z”字结构，减少电磁泄漏；3）降低屏蔽组合体各结构件之间的接触电阻，可通过加入高导电率材料，如屏蔽簧片、导电橡胶衬垫等，应采用槽式安装，控制槽深、宽尺寸，确保衬垫在槽内有足够的形变压缩量，如图2所示；4）机箱结构件间搭接处（包括结构件面板间、螺钉孔、航插、接地柱等）进行油漆保护，保证接口与接地柱之间的良好搭接，确保连接处的电连续性以及为静电提供快速泄放路径，从而保护设备；5）科学设计设备通风孔、电缆穿线孔等开孔尺寸和排布位置，辐射截止频率计算值应远大于5倍的机箱内部通信最高频率，以达到屏蔽效果。还可通过设计对应截止频率的波导通风窗等方式，提高屏蔽能力，6）根据需要在线缆外部采用增加防波套管的屏蔽设计方法，防止机箱内部其他信号耦合至音频信号对其产生影响；7）缩短屏蔽装置与屏蔽对象的距离，实现最佳屏蔽效果。

2辐射干扰防护

在原理图设计中，只考虑了针对传导干扰的防护，完整的电磁兼容设计还要考虑辐射干扰。防护方案是将电磁兼容电源模块与被保护的数字化模块置于屏蔽外壳内部，这样既能降低系统受到的辐射干扰，也能减弱系统对其他设备的辐射干扰。同时，重要的信号线需要使用屏蔽线。另外，电磁兼容模块还需要注意接线、接地等问题，否则会降低对干扰信号的抑制能力。电磁兼容模块的输入端和输出端之间距离不能太近，否则输入端的干扰信号会跳过电磁兼容模块的抑制，不经过电磁兼容模块的衰减而直接耦合到输出端。电磁兼容模块的输入线不能过长，否则干扰还没经过滤波，就已经通过空间耦合的方式干扰到线路板上。电磁兼容模块的地线必须连接到司机控制器的金属外壳上实现接地，否则起不到滤波的作用。

3保护电路

熔断器F1、二级管D1、压敏电阻Ｒ2和热敏电阻NTC1组成了保护电路。二级管D1的作用是防止列车输入电源接反，导致电磁兼容模块的器件损坏。二级管具有单向导电性，当输入电源接反，电路无法导通。热敏电阻NTC1的作用是保证电路软启动，抑制电源接入瞬间的冲击电流。负温度系数(NTC)电阻在电源接入瞬间阻值较大，有限制冲击电流的作用。需要注意的是，由于热敏电阻的热惯性，重新恢复原始阻值需要时间，当电源断电后又快速接通时起不到限流作用。熔断器F1和压敏电阻Ｒ2的作用是防止浪涌对电路造成破坏。压敏电阻Ｒ2在电压正常时阻值很高，流过电流很小，可视为开路;当浪涌到来时，电压很高，压敏电阻Ｒ2的阻值瞬间下降，流经熔断器F1的电流很大导致F1瞬间熔化，从而断开电路，防止电路中的器件被浪涌损坏。

结语

文电磁兼容电源模块的设计需求源于数字化司机控制器，将列车的供电电压等级转换成司机控制器所需的电压等级，并且提高司机控制器的电磁兼容能力，使得数字化司机控制器在列车的复杂运行条件下能正常、稳定地工作，同时不影响其他设备的正常运行。

参考文献

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[2]袁新枚,范涛,王宏宇,等.车用电机原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2018.

[3]张栋,孔亮,宁圃奇,等.一种基于转移函数的电机驱动系统共模EMI滤波器设计方法[J].电工技术学报,2016931(1):103-111.