驅(qū)動器共模電流路徑與數(shù)學(xué)模型分析

1.概要

(資料圖片僅供參考)

工程上常用關(guān)鍵路徑分析法進(jìn)行EMC問題的分析與排查手段，簡單高效，適合大部分場景，但缺乏細(xì)致的過程路徑分析，許多文獻(xiàn)也是從仿真和基本路徑的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行。本文從實(shí)際應(yīng)用工況下，從工程測量維度和電路等效數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，可方便的進(jìn)行路徑的詳細(xì)分析，不需要復(fù)雜的仿真建模，相比傳統(tǒng)的關(guān)鍵路徑分析法，更能定性定量的進(jìn)行分析。

2.驅(qū)動器的組網(wǎng)示意圖

主站PLC通過CAN通訊控制驅(qū)動運(yùn)行，電機(jī)端的編碼器進(jìn)行速度與位置檢測結(jié)合算法控制驅(qū)動器；電源給驅(qū)動器和PLC供電；CAN通訊線為非屏蔽線纜；編碼器線纜為屏蔽線纜，屏蔽層雙端接PE網(wǎng)絡(luò)；電機(jī)驅(qū)動線UVW/PE為四芯非屏蔽線，PE線一段連接驅(qū)動器散熱器端，另一端電機(jī)PE端；

組網(wǎng)示意圖

3.驅(qū)動器工作模式

為了分析方便，驅(qū)動器的PWM工作在000或111狀態(tài)，此時的共模干擾最大，是由三個管子疊加的dV/dt產(chǎn)生。其他工作模式（001~110），共模電流為是由兩個管子疊加dV/dt產(chǎn)生；

本文以000或111狀態(tài)進(jìn)行分析，干擾特性可參考以往發(fā)布的文章“驅(qū)動器干擾源特性分析”。

4.傳統(tǒng)主因干擾源路徑分析

基本假設(shè)：電源端進(jìn)行去耦，相比驅(qū)動器側(cè)輸入阻抗，屬于阻抗失陪，輸入側(cè)電源線中的共模電流很小，本文進(jìn)行忽略；

路徑示意圖

分布參數(shù)簡介：

Cx/Cy為XY電容；Cdc為內(nèi)部開關(guān)電源的儲能電容；Ccandc為CAN電路側(cè)電源電容；Cendc為編碼器側(cè)電源電容；Zcan為CAN通訊差分線阻抗；Zen為編碼器差分線阻抗；Cplc為PLC側(cè)電容；Cencoder為編碼器側(cè)電容；Cmotor為電機(jī)繞組對機(jī)殼的分布電容；Cs1為PLC對PE的集中分布電容；Cs2為編碼器對電機(jī)機(jī)殼側(cè)集中分布電容；Cs3和Cs4分別為編碼器屏蔽層與電機(jī)線PE線對PE的集中分布電容；Cs5位UVW點(diǎn)對PE的集中分布電容；

5.新方法路徑分析

5.1逆變橋電路等效

因PWM工作在000或111狀態(tài)，可將三相橋臂等效為一個橋臂，等效噪聲電壓近似等于3*dV/dt。

5.2上橋下降沿和下橋上升沿的路徑與方向分析

上管下-下管上路徑和方向示意圖

5.3上橋上升沿和下橋下降沿的路徑與方向分析

上管上-下管下路徑和方向示意圖

5.4一個開關(guān)周期下的共模電流路徑分析總結(jié)

（1）上橋下降沿和上橋上升沿的條件下：

UVW線的共模電流流向向外；CAN通訊線的共模電流流向向外；編碼器信號線的共模電流流向向內(nèi)；

（2）上橋上升沿和上橋下降沿的條件下：

UVW線的共模電流流向向內(nèi)；CAN通訊線的共模電流流向向內(nèi)；編碼器信號線的共模電流流向向外；

6.共模電流流向分析原因分析

6.1 基本假設(shè)

上管電壓源V1，下管電壓源V2；V1分析時，V2等效為內(nèi)阻；V2分析時，V1等效為內(nèi)阻；等效電壓源的正極為開關(guān)過程的電壓正差值（例：上管的toff→ton：M點(diǎn)電壓由0電位→DC+電位，dV/dt為正）；

6.2上管下分析路徑分析

6.3下管上路徑分析

6.4 上管上路徑分析

6.5 下管下路徑分析

7.數(shù)學(xué)模型分析

7.1上管下條件下阻抗分配

7.2上管下條件下等效電路

7.3 簡化電路數(shù)學(xué)模型

通過簡化電路數(shù)學(xué)模型，可以更好的定性與定量理解各種措施的原理。也能通過等效數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行更多新idea構(gòu)想，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)主因路徑分析缺點(diǎn)。

8.總結(jié)

基于工程測量維度和電路等效數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，通過實(shí)際驗證，在多線纜系統(tǒng)組網(wǎng)條件下，共模電流的分析精度在20mA以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：