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*作者简介：魏亚男（1992—），工程师，主要从事电磁兼容开发与验证相关工作。E-mail：weiyanan_tj@163.com。

为实现电机调速功能，许多产品采用PWM 驱动的设计^[1-2]，如整车座椅设计中实现座椅调节的调速功能，座椅模块通过调节输出PWM 占空比，实现调速。这种系统方案在进行辐射骚扰测试时大多会出现AM 频段超标现象，反映在整车上会在收音机AM 电台上出现明显噪声。本文以此为背景，研究噪声来源与影响因素，以解决该设计方案AM 频段噪声超标问题。

1   背景

某款车型调速电机进行系统级电磁兼容测试时出现AM 频段辐射超标的现象，辐射干扰测试结果如图1 所示，且整车级EMC 测试时电机系统干扰收音机AM 电台，产生明显的噪声。

图1 辐射干扰测试结果

2   问题分析

为研究该测试结果的影响因素，本文通过搭建电机系统等效模型，研究电机参数以及控制信号对RE 的影响。

该调速电机由控制模块输出PWM 信号控制：T_r=T_f=1 μs 。借助仿真软件搭建该电机系统等效模型，电机内部电路如图2 所示，辐射骚扰的仿真与测试对比结果如图3 所示。由于仿真结果为3 m 场数据，且考虑实际测试环境与仿真环境的差异，仿真数据与实测数据有少许差异。由此证明仿真模型的有效性。

图2 电机内部电路

图3 仿真数据与测试数据对比

2.1 电机参数影响

由图4 电机内部参数对AM 噪声影响可知，调整电机内部器件参数：X 电容（图4.1）、Y 电容（图4.2）以及串联电感（图4.3）对AM 噪声超标无明显改善，故仅通过调整电机元器件参数无法达到降低AM 噪声的目的。

图4.1 X电容影响

图4.2 Y电容影响

图4.3 电感影响

图4 电机内部参数对AM噪声影响

2.2 PWM控制信号参数影响

由式（1）傅里叶变换公式^[3]，将时域信号转换为频域信号，该PWM 控制信号的频谱分布如图5 所示。

 公式（1）

该PWM信号在AM频段的频谱分量最高达160 mV，改变PWM 边沿斜率，即增加上升下降沿时间，可明显改善AM 频段辐射噪声，如图6 PWM 边沿速率影响所示。图7 为不同边沿速率PWM 信号的频谱对比，由图可知，边沿越陡峭，AM 频段频谱分量的幅值越大，即所包含能量越高，从而产生的辐射干扰越大。此外，降低电流也对AM 噪声有明显改善，但考虑电机功率，该改进方案不可取。

由以上分析可知，该调速电机AM 辐射噪声根源为PWM 信号边沿所包含的频谱分量，且调整电机参数对噪声结果无明显改善。因此，最终优化方案为延缓PWM 边沿至25 μs。

图5 控制信号频谱分布

图6 PWM边沿速率影响

图7 PWM信号频谱

3   结束语

本文通过仿真分析，定位PWM 信号为调速电机系统产生AM 噪声的根源。由仿真计算结果得出：改变电机元器件参数对噪声结果无明显改善；减缓PWM 上升下降沿，即降低AM 频段的频谱分量可明显降低AM噪声，最终通过调整PWM 边沿至25 μs 解决了AM 辐射超标的问题。

因此，在电机驱动电路设计中，应关注PWM 信号参数，前期结合仿真计算，从源头上避免噪声超标的现象。

参考文献：

[1]王苏.直流电机PWM调速研究及单片机控制实现[J].机电工程技术,2008,37(11):82-84.

[2]庹朝永.基于单片机的直流电机PWM调速系统设计与开发[J].煤炭技术,2011,30(6):62-63.

[3]李庚银,宁宇.快速傅里叶变换的两种改进算法[J].电力系统自动化,1997,21(12):37-40.

（本文来源于必威娱乐平台 杂志2022年1月期）

关键词： 电机 辐射噪声 电磁兼容 仿真 202201