接地BOSS的克星

原创韬略科技EMC 2024-12-31 11:30 274浏览 0评论 0点赞

GaN电机驱动设计“避坑”指南 汽车用卸负载电阻低价方案

一背景

如今电机应用广泛，涵盖家用电器、汽车制造、大型工业设备等众多领域。随着技术发展和产品功能复杂化，对电机性能和质量的要求越发严苛，电磁兼容性（EMC）测试等级的需求也不断提高。

在影响EMC测试的众多因素中，接地至关重要。毫不夸张的说电机接地的有效性直接决定电机能否通过测试，良好的接地能有效降低电机噪声。所以，研究电机接地对 EMC 测试的影响，优化电机接地设计，是电机至关重要的一环。

二电机噪声以及耦合路径

有刷电机的EMI来自哪里？

电刷从换向片过渡到另一个换向片时，绕组的电流从+变到-。

绕组电感是短时的储能器件，当电刷过渡到另一个换向片时，绕组电感残压无法放完，就会强制换向:

产生的火花击穿换向器与换向器之间的间隙(结电容，Cx，Cy，Cz)进成回路，此为电机噪声源(激励源)。

碳刷和换向器作为噪声源头，通常我们很难在第一时间改动，或者说满足功能的前提下通常无法去进行整改。剩下可以整改的就是耦合路径，耦合路径则是包含了空间路径和传导路径。耦合路径有非常多的线路，因为线束阻抗较低，相对与空间辐射而言，一部分噪声更容易耦合到线束辐射出去。

而下图示意的噪声耦合路径就是最常见也是最简单的等效模型：

碳刷——碳刷引线——电源引脚

当然这一段还包含有空间路径，例如噪声源出来直接耦合到机壳，机壳再到电源引线。在日常整改最多的就是在碳刷引线到电源引线这一段。

三整改案例

基于上面的耦合路径分析，在电机外部添置一块小板，在电源引线出来部分增加滤波措施来达到抑制EMI效果。在某车厂CEVT-RE五等级的电机整改，摸底测试情况是在整个RE辐射频段均有超标，在外置小板上的整改手段如下：

①加入BDL（平衡双线滤波器）；

②电源端口加入共模滤波器；

③合适参数的LC滤波（磁珠＋电容）；

④X电容。

解决方案中采用的BDL滤波器最关键，滤波器本身体积小，可以放在靠近噪声源头滤波，同时由于是对称的结构可以提供较大的插损，提高对噪声的抑制能力。（更多相关“电机克星”（BDL滤波器）可以在公众号内搜索哦）BDL效模型如下图：

通过以上手段，1GHz以下频段都能通过等级五的测试，说明大部分噪声已经被抑制，但是在高频部分还有超标。

为了充分发挥BDL的优势，还要结合客户量产方案，就必须要加强接地效果，除去通常的电机外部接地引线方式，亦或者弹片接地，还有电镀铁片接地等等这些接地方式以外，还使用了我司新星产品——SMT导电硅橡胶衬垫。

SMT导电硅橡胶可通过SMT回流焊接在PCB板上,具有优异弹性和导电性。用于EMI或者接地的导电终端，也可以作为机械缓冲垫，不像金属弹片容易折断、弹性形变，适用于PCB任何位置上。其优势在于优异弹性和回弹性，使其在压缩情况下还拥有优异的导电性。产品内部填充体为硅胶，外层为金属镀层薄膜，表面光滑。

在这个电机方案中，利用了SMT导电硅橡胶衬垫的优异性能，让我司关键器件BDL接地效果进一步加强，让整个滤波板与电机外壳地充分接地。在此前的接地方案，会使用金属弹片接地，以及滤波板漏铜使用导电泡棉接地。而STM的工艺以及其他性能的优越性，使得该器件可完美替代以前的接地方案，接地效果大幅提升，甚至提供电机的防震抗抖能力。

【实物滤波板图如下】：