保持有刷直流电机的低成本

廉价且易于操作的有刷直流电机以合适的价格在汽车、航空航天、医疗、工业、家电、消费和家庭自动化等行业提供理想的性能平衡。因此，全球每年生产数十亿美元，预计未来 10 年这一数字还会增加。

然而，不断提高的电磁兼容性 （EMC） 要求，以及更加拥挤和“嘈杂”的电子环境，正威胁着将这些低端解决方案的成本推高到与更昂贵的无刷替代方案相当的水平，从而打破平衡。

问题是电刷在摩擦换向器时产生的电磁干扰 （EMI），这是设计的固有缺陷。当电子设备接收到强电磁波时，电路中会感应出不需要的电流并干扰预期的操作。EMI 甚至会对运行设备造成物理损坏。

使问题更加严重的是工作电路频率的增加、扩大受影响频率范围的更高频率的噪声，以及缩小源与受害者之间距离的电子设备的小型化。如果这还不够的话，许多电子设备更容易受到噪声的影响，即使能量更少，因为现在的电路工作在较低的电压下。

为了抵消产生的噪声，需要屏蔽和过滤组件的组合。这不仅推高了成本，而且许多 EMI/RF 滤波解决方案并不能滤除所产生的所有形式的噪声，而且许多解决方案无法处理更高的 DC 电流而不会相应地增加成本。

以下是有关如何使用更高级的 EMI 滤波解决方案解决这些问题的一些提示。

1. 寻找卓越的 EMI 滤波解决方案，而不是转向无刷直流电机。

对于无刷直流电机，换向是通过电子方式完成的。因此，产生的噪声显着减少（机械换向不产生噪声），但增加了实现的复杂性和成本。

然而，考虑到所涉及的数量，OEM 厂商更喜欢能够保持有刷直流电机相对较低价格的解决方案。幸运的是，有更先进的 EMI 滤波解决方案可以做到这一点。

2. 避免不足以满足当今 EMC 要求的传统滤波方法。

传统的共模滤波方法包括由电容器组成的低通滤波器，这些电容器使频率低于选定截止频率的信号通过，并衰减频率高于截止频率的信号。

OEM 的选项包括两个电容差分、三个电容（一个 X 电容和两个 Y 电容）、馈通滤波器、共模扼流圈、LC 滤波器或这些滤波器的组合。

然而，为了满足日益增长的 EMC 要求，诸如双电容差分滤波器之类的低成本解决方案是不够的，因为不匹配的电容会对每条线路产生不同的滤波，因此模式转换（即部分共模噪声被转换为差分模噪声，反之亦然）。传统的三电容滤波器就足够了，只要 EMC 要求仅在相对较低的频率下（即 《150 MHz，例如汽车中的 AM/FM 收音机）。

虽然它们提供了良好的滤波性能，但三电容滤波器在过滤电信频段的噪声时通常无效。其他解决方案（如馈通滤波器）在宽频带上提供良好的抑制，但当电源线必须承载几安培的电流时变得昂贵。

此外，馈通滤波器是单端器件，因此可能会引入模式转换（如双电容滤波器）。

不管产生的噪声如何，如果需要高直流电流，您将需要一个非常大且价格昂贵的直通滤波器，它不需要有刷直流电机，是一种低成本的解决方案。

3. 共模扼流圈会阻挡共模噪声，但不会阻挡差分信号。

对于有刷直流电机，低通滤波器的一个可能替代方案是共模扼流圈。当共模信号（相同的交流电流）通过共模扼流圈的每个绕组时，来自每个绕组的磁场加起来，因此阻抗显着增加。另一方面，当差分信号（相反的交流电流）通过每个绕组时，来自每个绕组的磁场将相互减去，因此阻抗显着降低。

这就是共模扼流圈阻止共模噪声但让差分信号通过的原因。

4. 更好的替代方案可能是单片 EMI 滤波器。

与共模扼流圈相比，单片 EMI 滤波器在更小的封装中提供了显着更多的 RFI 抑制。单片 EMI 滤波器还可以抑制更宽的频带，并且不受所需直流电流量的影响，因为它安装在分流器中（线路和“地”之间）。

EMI 滤波器将两个平衡并联电容器组合在一个封装中，具有互感消除和屏蔽效果。这些来自 Johanson Dielectrics 的滤波器在连接到四个外部连接的单个设备中利用两个独立的电气通路。

与其他 EMI 滤波器一样，单片 EMI 滤波器会衰减指定截止频率以上的所有能量，仅选择通过所需的信号能量，同时将不需要的噪声转移到“地”。

然而，关键是非常低的电感和匹配阻抗。对于单片 EMI 滤波器，终端在内部连接到设备内的公共参考（屏蔽）电极，并且板由参考电极隔开。

单片 EMI 滤波器的有效频率范围为 50 kHz 至 6 GHz，它可以过滤共模和差模噪声。该滤波器还对直流电流量几乎没有限制，因为它设计为与电机并联工作，没有直流电流流过它。

5、不要忽视滤波对PWM信号的影响。

无论滤波器的类型如何，一个经常被忽视的因素是许多有刷直流电机由脉宽调制 （PWM） 信号控制。

使用 PWM 信号，电压在几千赫到几十千赫之间以非常快的速率打开和关闭。提供的总功率基于开关打开时间与关闭时间的比较。PWM 信号特别适用于电机，因为电机的时间常数与 PWM 信号的周期相比非常长。这就是为什么有刷直流电机的作用就像将 PWM 信号的平均值施加在电源线上一样。

事实上，当您第一次在实验室测试电机时，EMI 滤波器可能表现良好，但当您在电源线上施加 PWM 信号时，一切都会发生变化。您想要滤除噪声，但不会无意中滤除 PWM 信号。如果您不选择正确的过滤器，电机甚至可能无法启动。　　

      审核编辑：彭静