基于DSP的变频调速系统电磁干扰问题研究[图]

在研究基于DSP（数字信号处理器）的变频调速系统时，电磁干扰（EMI）是一个重要的考量因素。电磁干扰可以定义为无用的电磁现象，它能损害有用信号的传输和接收。这种干扰的来源既可以是外部的也可以是内部的，其影响在电子系统中普遍存在，且表现形式多样。 电磁干扰的途径包括但不限于敏感元件、传输线、电感器、电容器和空间场。这些干扰可以通过传导或辐射方式影响系统。传导干扰主要通过电子设备的物理连接传播，它可以分为信息传导干扰源和电磁噪声传导干扰源两类。信息传导干扰源通常涉及带有无用信息的干扰，而电磁噪声传导干扰源则涉及不带信息的电磁噪声。传导电磁干扰的传输通道可以具体分为电容传导耦合、电阻传导耦合和电感传导耦合。 电容传导耦合是通过干扰源和信号传输线之间（包括印制电路线）的导线及部件电容交链所形成的电磁传导耦合。电阻传导耦合通常涉及干扰源和信号传输线之间通过公共阻抗上的电流或电压交链形成的传导电磁耦合。而电感传导耦合实质上是磁场耦合，它描述了干扰源和信号传输线之间通过磁场的耦合。 在数字系统中，瞬态脉冲干扰对系统的影响尤为显著。这种干扰对DSP的正常运行会产生严重的影响，可能会导致控制状态的失控、程序跑飞甚至死机。特别是在高频率电路中，瞬态脉冲干扰携带高能量，对时钟发生器、总线数据传输和PWM控制信号等敏感部分造成影响。此外，数字电路虽然具有抗干扰能力，但在高速开关状态下的IGBT（绝缘栅双极晶体管）会产生强烈的开关噪声，这种噪声通过地线、电源线、分布电容、分布电感的耦合，会影响到低压数字电路，尤其是在使用TMS320F240数字信号处理器的系统中。 在基于DSP控制的系统设计中，分布电感和电容对信号的影响也不容忽视。例如，在TMS320F204EVM评估板的应用中，控制电路印制板的设计简化了许多，但仍需注意评估板与驱动板间信号总线分布电感的影响。因为这可能导致信号的延时，以及PWM控制信号的上升时间和下降时间加长，进而可能造成IPM模块中上下桥臂IGBT共通，这可能会导致不可恢复的永久损坏。 电源对系统的影响亦是一个关键问题。电源系统不仅仅是一个能量供应者，还是多种干扰信号影响系统正常工作的途径。电源的内阻不可能为零，这允许任何共用电源的部分受到干扰信号的影响。此外，电网线是外部干扰如雷电、电磁发射等进入系统的渠道。电源负载的断开与接通也会在电网上产生冲击，尤其是感性负载的冲击更为严重。电源本身也会产生干扰信号，特别是当IGBT高速开关时产生的开关噪声。 为了减少干扰对电源系统的影响，通常会采取一系列的抗干扰措施。这些措施包括在电网输入的交流电处加入EMI抑制滤波器，它由共态扼流圈、电容和电阻组成，旨在阻止串模和共模干扰信号进入电源，同时也能防止系统本身产生的干扰进入电网。在IGBT大电流通断时，由于其伴随的电压性和电流性浪涌会产生高频成分，应在IPM电源输入端并联小容量的高频电容，以消除寄生振荡。此外，功率输入输出电源连接线应采用绞线连接，以减少环路电流产生的电磁场辐射。电源系统的低压与高压部分应利用互感器、光耦信号和地线隔离，阻断共模干扰。 在考虑电源输出的干扰持续时间不同，应选择不同的抑制对策。如果干扰持续时间大于1秒，应采用不间断电源（UPS）和稳压的办法抑制干扰。对于干扰持续时间大于10毫秒的情况，可能涉及到过电压、欠电压、停电干扰等问题，这时同样需要采取特定的抑制措施。 以上就是基于DSP的变频调速系统电磁干扰问题研究中的一些主要知识点。这些内容不仅涵盖了电磁干扰的基本概念和途径，还包括了数字电路中干扰的影响、电源系统中的抗干扰技术等重要方面的讨论。在实际应用中，这些知识点对于设计和实施抗干扰措施具有重要的参考价值。