一前言

帶調速電機的產品是比較常見的，如檔位可調的風機，吸塵器等，這類型的產品由于其工作特性，常常會造成整個產品的電磁輻射超標問題。本次分享的案例正是帶有調速電機的產品--洗脫一體機，希望借助此次整改案例，跟大家一起來探討下這類產品的EMI問題源頭以及整改方法。

二調速電機驅動部分架構及問題點分析

上圖為該產品調速電機控制部分電路的架構示意圖，主要通過PWM信號控制電機負極功率MOSFET管的通斷，調節控制板輸出的PWM信號的脈沖寬度的占空比的大小，實現對電機轉速的控制，PWM信號的開關頻率為10KHz。對調速電機類產品可能造成EMI的根源可分為以下幾點：

（1）有刷電機的拉弧現象：火花是換向器區域附近的空氣介質電離，在空氣中形成帶電粒子，形成電磁干擾，此類干擾一般在測試頻譜全頻段都能測得到。

常見電機噪聲頻譜如下：

由測試數據可知，有刷電機噪聲一般偏向于全頻段，且呈現無規則的毛刺形態。

（2）電機啟動停止瞬間的電壓突變現象，V=-Ldi/dt;

（3）LC諧振電路:調速電機的組成一般包括MOS管和電感，由于MOS管本身的寄生電容，導致MOS管在截止時與電機電感形成一個LC諧振電路，而PWM方波信號本身具有豐富的高次諧波頻譜，某些頻段極容易被LC諧振回路放大，進而產生較強的電磁輻射，下圖為MOS管的寄生電容示意圖：

關于（1）（2）點做了簡單的電路模擬，電源電壓12V，電機電感800uH,圖1圖2驗證的是電路開斷瞬間的電壓變化，這里假設MOS管關斷時電容值為10pF,圖3模擬由PWM信號驅動下的電路電壓情況:

圖 1電路斷開瞬間

圖 2電路閉合瞬間

圖 3PWM信號控制

通過簡單的仿真電路可以看出，雖然電路電壓只有12V，但電機電感兩端電壓值在電路開斷瞬間的變化幅度比較大，而dv/dt越大，對EMI測試越不利。

（4）PWM信號噪聲

PWM信號為方波信號，其陡峭的上升沿具有頻段很寬的高次諧波，容易通過信號回路或者耦合到其他線路產生對外輻射。

三實測數據與問題分析驗證

測試標準：EN55032，測試頻段30MHz~1GHz

分析：測試數據如上圖所示，最高點超限值20dB，超標數據在50MHz-200MHz呈現包絡形態，對照前面對噪聲源頭的4點分析，首先排除是電機拉弧造成的。接下來判斷是否是PWM信號造成的，可以先把負載電機斷開，斷開后測試數據如下：

由前后數據對比可以看出，噪聲源頭不在PWM信號上，那么，剩下的可能性是（1）電機啟停瞬間產生的瞬時高電壓和（2）電路的LC諧振現象。由于MOS管開斷瞬間，會同時存在反向電動勢和LC諧振現象，所以并不能很好對二者做區分，只好圍繞這部分電路做整改處理。

整改手段：

（1）在電機正負極兩端增加電容，用于吸收瞬時電壓；

（2）在電機正負極之間增加一個單向二極管，作為于開關電源中的續流二極管相似；

（3）在MOS管的DS極之間加RC吸收電路；

（4）適當調整MOS管柵極電阻，通過延長開關閉合時間達到降低抑制EMI效果。

簡單的電路仿真電路如下圖，在電感兩端增加了一個二極管，反向電壓值由-191V變為-15V，有明顯改善。

整改后數據如下：

在實際整改過程中，在電機端加二極管確實起到了很明顯的效果，但最終要達到如上圖一樣的測試數據，還需要結合其他整改手段，并不斷調整濾波參數，主要的整改方向前面都已提及，具體細節限于篇幅不再贅述。

四總結

電磁輻射EMI三要素包括：騷擾源，耦合路徑和敏感設備，本文主要圍繞調速電機的工作過程，分析造成此類產品EMI超標的噪聲根源，借助實際整改案例，分享整改過程中的驗證思路以及噪聲抑制的方法，并結合簡單的電路仿真力求將問題論述得更加形象清楚，其中肯定也有思慮不足的地方，還請見諒。

審核編輯：湯梓紅