驱动器共模电流路径与数学模型分析

1.概要

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。