DSP控制电机中减少电磁干扰的几项技术

发布时间:2007/4/12 0:00:00 访问次数:1037

　　摘要：描述了利用TMS320C24x DSP来控制电机的过程中,如何减少电磁干扰的印刷电路板的设计技术和最适宜的PWM模式的软件代码技术。

　　关键词：电磁干扰(EMC)；DSP；PWM；MOTOR

电磁干扰在工业控制中越来越成为一个严重的问题［1］。在使用TMS320C24X DSP控制器来控制数字电机的应用中，如何减少电磁干扰也是一个重要的问题。在电机控制中，一方面，要在电路设计上尽量减少电磁干扰的产生，另一方面，因为最大的电流在PWM控制H桥（优化的PWM的开关模式）中是具有代表性的，同样的空间矢量PWM之和或者不稳定的PWM载波信号能更进一步地减少电磁干扰，我们可采用最适宜的PWM模式，使用软件代码技术来减少电磁干扰。下面我们就从硬件和软件两方面来分析说明电磁干扰的产生及减少电磁干扰的措施［2］。

1 电路设计时电磁干扰的产生及措施

 在电磁电路中的电磁兼容性很大范围是由线路贮藏和互相连接的成分决定的。有从天线返回的相应信号列是能放射出电磁能量的，其最主要是由于电流幅值、频率和电流线圈的几何面积决定的。通常，有3个主要的电磁干扰来源：电源、高频信号、振荡器电路。下面我们分别分析产生原因及其防范措施。

1.1 电源

 当1个CMOS反向换流器在改变输出状态时，两个晶闸管会有一段很短的时间同时导通。这会使电流增长很快，导致在电源线路上出现电流尖峰，引起一段或长或短的电源线路的短路，这被证实是产生电磁干扰的一个重要原因。

 减弱电源电压的波动，使其接近1个100 nF瓷旁路电容器的供应，是十分有效的。然而，由于电路的寄生成份，例如集成和电源线路的阻抗，旁路电容器是不能有效减少电流峰值的，因此也不能减少辐射干扰。为了抑制这些电流尖峰（至少在电源线路上）使其不扩展到其他部位，我们用一个方法可以做到，就是在极间耦合电容器和电源线路之间增加1个感应线圈LH，如图1所示。LH应接近TMS320F24X DSP芯片，以方便干扰被抑制。

1.2 信号回路

 高频信号回路，例如较低地址线、时钟信号、串行口等等，通常由几个并联的100 k和10k的负载，来产生1个CMOS的信号输出，带或者不带这负载会产生一个很高的电流峰值。

　　我们可用2种方法来减少这方面造成的电磁干扰,第1种是尽可能地减少这些电流，方法是在输出接1个大约为50 Ω的电阻。传输线原理表明这个电阻（内部+外部电阻）只要小于或者等于一般的线路阻抗值70~120 Ω的话，对速率是没有什么负面影响的。第2个防范措施是使天线尽可能的小，最有效的方法是仅仅保持临界线路（优先时钟回路、低地址回路、其他数据回路）尽可能的短。TMS320C24x的CPU时钟倘若复位后由CLKOUT1提供，在不使用时最好切断他。当外存储器不用时，可以通过拉高或拉低数据线来避免由于悬空输入端而引起的任何电流［4］。

1.3 振荡器

 在数字系统中最高的连续频率通常是由时钟发生器产生的，在C24x DSP的内部振荡器中使用1个晶体，这有助于减少高频电流，同时被电流通路围住的面积会减少电磁干扰。由于晶体在共振频率上的几百kΩ的高阻抗，电流在引起晶体共振的频率上是很小的。然而CMOS反向换流器的输出电压是1个包含谐波的方波信号，所以晶体不再表示为1个高阻抗，这会引起很大的电流。解决办法是加上1个串联电阻使这些电流成分减少。

 2个旁路电容器会在振荡频率时产生1个很小的电阻，因此会存在1个重要的电流回路CsXCs。为了使辐射最小，面积要尽可能的小。图1提供了1个外部晶体与TMS320F241 DSP相连的方案。串联电阻的大小为1 kΩ，晶体的并联电阻可以根据要求来接入。

2 优化PWM模式，减少电磁干扰

 当印刷电路板完成后，TMS320C24x DSP的PWM单元可以用来提供1个优化的开关模式，来进一步减少电磁干扰的产生。接着考虑的是制作1个由DSP来驱动的三相H桥。

2.1 PWM模式