基于DSP的变频调速体系电磁滋扰题目研究

      1 电磁滋扰(EMI)阐发

      1．1 电磁滋扰的见解及途径

      电磁滋扰孕育产生于滋扰源，他是一种来自外部和内部的并有损于有效信号的电磁征象。滋扰颠末敏感元件、传输线、电感器、电容器、空间场等情势的途径并以某种情势作用，其滋扰效应、征象广泛存在，情势各别，称之为传导滋扰，他按带不带信息可以分为信息传导滋扰源和电磁噪声传导滋扰源两类。信息传导滋扰源是指带有的无用信息对模仿通道的滋扰。电磁噪声传导滋扰源是指不带任意信息的电磁噪声对变频体系的滋扰。 

      传导电磁滋扰传输通道可以分为电容传导耦合(或称电场耦合)、电阻传导耦合(或大众阻抗耦合)及电感传导耦合(或互感耦合)。电容传导耦合是指滋扰源和信号传输线(包括印制电蹊径)之间通过导线以及部件的电容相互交链而构成的电磁传导耦合。电阻传导耦合是指滋扰源和信号传输线(包括印制电蹊径)之间通过大众阻抗上的电流或电压交链而构成的传导电磁耦合。电感传导耦合实质上是磁场耦合。

      1．2 数字变频调速体系电磁滋扰题目

      数字变频调速体系中这3种环境都存在，电阻传导耦合和电感传导耦合的表现尤为明显，重要是参考地的计划、印制线路板的计划和曲折压的断绝，模仿接口电路中易受到功率电路的影响。DSP的电磁兼容特性重要反应在管脚信号电气特性上。DSP的输入输出信号多数是数字信号，其外部接口电路也多数是数字电路，包括功率器件IPM也事变在开关状态，整个体系具有明显的数字电路特性，只有电流反馈环路是模仿信号，通过DSP的片内A／D转换器将模仿信号转成数字信号举行处理惩罚，再控制PWM的输出来实现闭环控制。在本计划中电磁滋扰的表现详细阐发为以下几点。

      (1)瞬态脉冲滋扰对数字电路的影响

      数字信号处理惩罚器以二进制码为底子。用高、低电平来表现二进制数据，并通过种种电路来形貌信号特性，从而到达控制东西的目标。瞬态脉冲滋扰将紧张地影响了数据传输和控制状态，对付数字电路本身固然具有很强的抗滋扰本领，但在高频率电路中易受到携带高能量的脉冲滋扰，其滋扰部位表如今时钟产生器、总线数据传输、PWM控制信号。IPM内部的IGBT高速事变在开关状态将孕育产生很强的开关噪声，通过地线、电源线、散布电容、散布电感的耦合带入低压数字电路中，偶然紧张地滋扰了TMS320F240数字信号处理惩罚器的运算，表现为失控、步伐跑飞和去世机。

      (2)散布电感、电容对信号的影响

      基于DSP控制的体系计划，控制部分通常选用TMS320F240EVM评估板，控制电路印制板的计划简化了很多，只有IPM驱动板的电路计划和印制板要细致地阐发信号间的散布电容、散布电感的影响。但要细致思量的是评估板与驱动板间的信号总线散布电感的影响，他大概会导致信号的延时和加长PWM控制信号的上、降落时间，从而导致IPM模块中的上、下桥臂IGBT共通，如许将导致IPM模块不可规复的永世破坏。

      (3)电源对体系的影响

      电源是多种滋扰信号影响体系正常事变的途径，重要有以下几点影响：

      内阻不大概为零，通常共电源的部分其滋扰信号都可以通过电源内阻互窜；电网线上是外部滋扰(如：雷电、电磁发射)进入的渠道；电源负载的断开与接通将在电网上形成很大打击，感性负载的打击更为紧张；电源本身将孕育产生很多滋扰信号，分外是IGBT高速开关孕育产生的开关噪声。

      滋扰信号在体系中存在2种形态，即共模与串模滋扰信号。在数字体系中常用此来表征滋扰作用的存在，如图1所示。串模滋扰又称正态滋扰，他是指串联于信号回路中的滋扰，孕育产生于传输线的互感，其与频率有关，常用滤波和改进采样频率来淘汰。共模滋扰又称共态滋扰，是滋扰电压同时加到两条信号线上出现的滋扰，因此线路传输布局保持均衡能很好地克制共模滋扰。别的，消除地电流，能消除共模滋扰，步伐是一点接地或浮空断绝(用脉冲变压器、扼流圈或光电耦合器截断地电流)。

      2 硬件抗滋扰技能

      2．1 电源体系的电磁兼容计划

      电源体系包括低压帮助电源和主电源。低压帮助电源是指DSP及其相干的接口电路所需的+5 V，土12 V，和IPM驱动电路的4组+15 V断绝电源。主电源是指用于电机驱动可调速的AC／DC／AC电源，他与低压帮助电源相互断绝，不共地。电源体系采取的抗滋扰步伐有：

      (1)电网输入的交换电应加EMI克制滤波器，即由共态扼流圈L，电容C，电阻R构成的低通滤波器。他不但能防备电网的串模、共模滋扰信号进入电源，并且另有效地防备体系本身孕育产生的滋扰进入电网，有利于环保。

      (2)IGBT大电流畅断时，电路中伴有电压性和电流性的浪涌，由于du／dt，di／dt很大，故浪涌滋扰信号的高频因素很高，在IPM电源输入端应并联小容量的高频电容，以消除寄生振荡。

      (3)功率输入输出电源连接线采取绞线连接，如许能减小环路的电流孕育产生电磁场的辐射。

      (4)低压与高压利用互感器、光耦信号和地线断绝，以阻断共模滋扰。按电源输出的滋扰的连续时间Δt的差别来选择克制对策；

      Δt>1 s属于过电压、欠电压，停电滋扰。采取不停止电源(UPS)和稳压的步伐克制；

      Δt>10 ms属于浪涌、下陷、降出滋扰，这类滋扰电压的幅度大、变革快，不是烧坏体系便是形成振荡，必要用快速相应的浪涌吸取器、电压瞬态克制二极管(TVS)来防备；

      Δt为微秒级，属于尖峰电压滋扰，由于连续时间短，一样平常不会烧坏体系，但能粉碎DSP的源步伐的运行，使逻辑成果紊乱，信号线应阔别滋扰源和加屏蔽；

      Δt为纳秒级，属于射频滋扰，对DSP和数字信号的危害不紧张，一样平常在IC的电源输入端加高频去耦电容即可。

      2．2 接口电路的抗滋扰步伐

      DSP的外围电路事变方法各不雷同，速率也各有快慢，信息的互换受DSP数字信号处理惩罚器的控制。种种任务均由接口去完成，接口信号受到滋扰将影响到体系的控制结果。接口的滋扰又来自其相连接的传输线，包括了印制板的电蹊径计划和电路板与电路板间的连接。电路板与电路板间的连接最常用的传输线有扁平电缆、双绞线和同轴电缆等，从抗滋扰的角度看，双绞线是一种抵挡电磁滋扰性能较好的传输线，其相交的回路中两线的来回电流感到作用相抵消，因此作用间隔达10 m，用于电源的输出和输入部分。DSP孕育产生的PWM控制信号作用于IPM，采取光耦断绝，由于光耦的共模克制比很高，有效地防备了控制电路和PWM更改器间的共模滋扰，其原理图如图2所示。

      2．3 总线的抗滋扰步伐 

      (1)采取三态门式的总线进步抗滋扰本领。由于DSP总线的直流负载本领有限，要是不敷，就必要通过缓冲器再与芯片相连接；

      (2)总线上数据辩论的防备步伐：CPU与随机存储器的连接是由总线收发器通过内部双向数据总线实现的，内部数据总线上会在某刹时孕育产生辩论，办理要领是缩小随机存储器存取数据的时间即缩小选通时间；

      (3)降服总线上刹时不稳固的步伐：当两个相位相反的控制信号在时间上存在毛病时，一个由低电平变为高电平，而另一个还来不及由高电平变为低电平，两个均是高阻状态，这一刹时要是总线的负载是TTL电路，他将因自身的泄泄电流使总线电压不稳固；若负载满是CMOS或NMOS，则有几百兆欧的断开状态，很容易耦合滋扰。用上拉电阻连接到电源，使总线在此刹时处于高电位，如许加强了总线的抗滋扰本领。其上拉电阻常选择1Ω。

      2．4 功率输出的电磁兼容计划

      功率输出部分是由IPM、驱动电路和泵升电路构成的电源更改器。运用PWM算法，DSP孕育产生的6组PWM信号通过光电耦合器的断绝传输，再通过IPM驱动电路控制IPM内部的IGBT开关事变。直流电源端加吸取电容，可以克制开关噪声。在体系计划中应包管低压控制电路尽大概地阔别功率电路，以包管低压地信号不受到电磁幅射和耦合。

      2．5 印制电路板抗滋扰步伐

      实践证明，印制电路板的计划抵抗滋扰和包管体系的事变稳固有紧张影响。印制电路板加电后，印制线上的电流将孕育产生电磁波辐射到空间，电路中的高速元件、晶体振荡器等器件也将孕育产生电磁辐射。在高速处理惩罚的数字体系中，当2倍的耽误时间大于脉冲的上升沿或降落沿时，印制电路板中的数字信号传输线应当按散布参数的传输线的请求思量立室，如一样平常转换速率较快的TTL电路，印制线长度大于10 cm以上时就要加终端立室步伐。COMS电路的转换速率比较慢，印制线长度可放宽5～6倍。根据电磁辐射模型公式：

      E=263×10^-6(f²AI)／r

      式中：E为印制电路板空间r处的辐射场强；f为印制电路板上的事变电流的频率；A为印制电路板上的环路面积；I为印制电路板上的电流。

      由上式可以看出，减小f，A，I均可以低落印制电路板上的电场发射。为了更好地克制滋扰，印制电路板的计划中应思量以下一些题目：

      (1)布线原则：数字信号线和模仿信号线退出，强弱信号退出，直流电源线正交，发热元件应阔别集成电路，磁性元件要屏蔽，每个IC芯片的电源端对地端要有去耦电容，引线要短；

      (2)印制板的大小应适中，逻辑元件相互靠近，与易孕育产生滋扰的器件阔别。印制电路板的接地线应只管即便宽，这不但仅是由于能淘汰斲丧，并且也能淘汰线的电感分量，从而减小共模滋扰。要是是双层布线或多层布线时应依照电源和地为中间层、顶层和底层的电线相互正交，只管即便少走平行线。

      (3)印制电路板上电源输入端跨接10～100μF的电解电容，对易受电路中滋扰信号影响和有暂态状陡峭变革电流的器件，其与地之间接入高频特性好的去耦电容，如RAM，ROM芯片举措时电流变革大，应在每片的电源端加O．01μF的陶瓷电容以旁路高频。

      3 软件抗滋扰技能

      软件抗滋扰既能进步效能、节流硬件，又能办理硬件办理不了的题目。大量的滋扰源固然不克不及导致硬件的粉碎，但却使体系的事变不稳固、数据不可靠、运行变态、步伐“跑飞”，紧张时可导致DSP的控制失灵、产生紧张变乱。由于妨碍是临时、间歇、随机的，用硬件办理比较困难，而软件可借助以下的技能予以办理：

      (1)利用陷阱技能防备滋扰导致的乱序征象扩展下去；

      (2)利用时间冗余技能，屏蔽滋扰信号，即多次采样输入、果断，以进步输入的可靠性；利用多次重复输出来果断，进步输出信息的可靠性；重新初始化，强行规复正常事变，以免I／O的输入输出不正常；查问停止源的状态，防备滋扰导致误停止；在不必要的时间里屏蔽停止，以淘汰因滋扰引起的误停止；

      (3)容错技能：采取一些特定的编码，对数据举行查抄，果断是否因存放受滋扰，然后从逻辑上对错误举行改正；

      (4)指令冗余：对紧张的指令可重复写多个；

      (5)标记法：设特性标记、辨认标记，常在内部数据区的掩护中应用；

      (6)数字滤波技能：重要针对模仿信号受到滋扰。