驱动器共模电流路径与数学模型分析
1.概要
(资料图片仅供参考)
工程上常用关键路径分析法进行EMC问题的分析与排查手段,简单高效,适合大部分场景,但缺乏细致的过程路径分析,许多文献也是从仿真和基本路径的关键点进行。本文从实际应用工况下,从工程测量维度和电路等效数学模型基础上,可方便的进行路径的详细分析,不需要复杂的仿真建模,相比传统的关键路径分析法,更能定性定量的进行分析。
2.驱动器的组网示意图
主站PLC通过CAN通讯控制驱动运行,电机端的编码器进行速度与位置检测结合算法控制驱动器;电源给驱动器和PLC供电;CAN通讯线为非屏蔽线缆;编码器线缆为屏蔽线缆,屏蔽层双端接PE网络;电机驱动线UVW/PE为四芯非屏蔽线,PE线一段连接驱动器散热器端,另一端电机PE端;组网示意图
3.驱动器工作模式
为了分析方便,驱动器的PWM工作在000或111状态,此时的共模干扰最大,是由三个管子叠加的dV/dt产生。其他工作模式(001~110),共模电流为是由两个管子叠加dV/dt产生;本文以000或111状态进行分析,干扰特性可参考以往发布的文章“驱动器干扰源特性分析”。
4.传统主因干扰源路径分析
基本假设:电源端进行去耦,相比驱动器侧输入阻抗,属于阻抗失陪,输入侧电源线中的共模电流很小,本文进行忽略;
路径示意图
分布参数简介:
Cx/Cy为XY电容;Cdc为内部开关电源的储能电容;Ccandc为CAN电路侧电源电容;Cendc为编码器侧电源电容;Zcan为CAN通讯差分线阻抗;Zen为编码器差分线阻抗;Cplc为PLC侧电容;Cencoder为编码器侧电容;Cmotor为电机绕组对机壳的分布电容;Cs1为PLC对PE的集中分布电容;Cs2为编码器对电机机壳侧集中分布电容;Cs3和Cs4分别为编码器屏蔽层与电机线PE线对PE的集中分布电容;Cs5位UVW点对PE的集中分布电容;5.新方法路径分析
5.1逆变桥电路等效
因PWM工作在000或111状态,可将三相桥臂等效为一个桥臂,等效噪声电压近似等于3*dV/dt。
5.2上桥下降沿和下桥上升沿的路径与方向分析
上管下-下管上路径和方向示意图
5.3上桥上升沿和下桥下降沿的路径与方向分析
上管上-下管下路径和方向示意图
5.4一个开关周期下的共模电流路径分析总结
(1)上桥下降沿和上桥上升沿的条件下:
UVW线的共模电流流向向外;CAN通讯线的共模电流流向向外;编码器信号线的共模电流流向向内;(2)上桥上升沿和上桥下降沿的条件下:
UVW线的共模电流流向向内;CAN通讯线的共模电流流向向内;编码器信号线的共模电流流向向外;6.共模电流流向分析原因分析
6.1 基本假设
上管电压源V1,下管电压源V2;V1分析时,V2等效为内阻;V2分析时,V1等效为内阻;等效电压源的正极为开关过程的电压正差值(例:上管的toff→ton:M点电压由0电位→DC+电位,dV/dt为正);6.2上管下分析路径分析
6.3下管上路径分析
6.4 上管上路径分析
6.5 下管下路径分析
7.数学模型分析
7.1上管下条件下阻抗分配
7.2上管下条件下等效电路
7.3 简化电路数学模型
通过简化电路数学模型,可以更好的定性与定量理解各种措施的原理。也能通过等效数学模型,进行更多新idea构想,能够弥补传统主因路径分析缺点。8.总结
基于工程测量维度和电路等效数学模型基础上,通过实际验证,在多线缆系统组网条件下,共模电流的分析精度在20mA以内。
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