驅動器共模電流路徑與數學模型分析

1.概要

(資料圖片僅供參考)

工程上常用關鍵路徑分析法進行EMC問題的分析與排查手段，簡單高效，適合大部分場景，但缺乏細致的過程路徑分析，許多文獻也是從仿真和基本路徑的關鍵點進行。本文從實際應用工況下，從工程測量維度和電路等效數學模型基礎上，可方便的進行路徑的詳細分析，不需要復雜的仿真建模，相比傳統的關鍵路徑分析法，更能定性定量的進行分析。

2.驅動器的組網示意圖

主站PLC通過CAN通訊控制驅動運行，電機端的編碼器進行速度與位置檢測結合算法控制驅動器；電源給驅動器和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網絡；電機驅動線UVW/PE為四芯非屏蔽線，PE線一段連接驅動器散熱器端，另一端電機PE端；

組網示意圖

3.驅動器工作模式

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

本文以000或111狀態進行分析，干擾特性可參考以往發布的文章“驅動器干擾源特性分析”。

4.傳統主因干擾源路徑分析

基本假設：電源端進行去耦，相比驅動器側輸入阻抗，屬于阻抗失陪，輸入側電源線中的共模電流很小，本文進行忽略；

路徑示意圖

分布參數簡介：

Cx/Cy為XY電容；Cdc為內部開關電源的儲能電容；Ccandc為CAN電路側電源電容；Cendc為編碼器側電源電容；Zcan為CAN通訊差分線阻抗；Zen為編碼器差分線阻抗；Cplc為PLC側電容；Cencoder為編碼器側電容；Cmotor為電機繞組對機殼的分布電容；Cs1為PLC對PE的集中分布電容；Cs2為編碼器對電機機殼側集中分布電容；Cs3和Cs4分別為編碼器屏蔽層與電機線PE線對PE的集中分布電容；Cs5位UVW點對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，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

5.4一個開關周期下的共模電流路徑分析總結

（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；

（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；CAN通訊線的共模電流流向向內；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

上管電壓源V1，下管電壓源V2；V1分析時，V2等效為內阻；V2分析時，V1等效為內阻；等效電壓源的正極為開關過程的電壓正差值（例：上管的toff→ton：M點電壓由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.數學模型分析

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 簡化電路數學模型

通過簡化電路數學模型，可以更好的定性與定量理解各種措施的原理。也能通過等效數學模型，進行更多新idea構想，能夠彌補傳統主因路徑分析缺點。

8.總結

基于工程測量維度和電路等效數學模型基礎上，通過實際驗證，在多線纜系統組網條件下，共模電流的分析精度在20mA以內。

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