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从无刷直流电念头控制系统电磁兼容设计谈电磁干扰事理_电路_阻抗

乖囧猫 2024-12-20 11:08:01 0

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1 电磁滋扰

熟习和理解常见的电磁滋扰源是创造和解决电磁滋扰问题的关键之一。
电磁滋扰可分为自然和人为两类。
所谓自然的是指自然界所固有的与人类的活动无关的电磁滋扰征象。
所谓人为的是指由于人类的工业和社会活动所产生的电磁滋扰。

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1.1 电磁滋扰源

诸如雷电的放电征象,电动机的TTL逻辑元件、动态RAM、电源、震荡器件及变压器等在事情时都会产生高频电磁波或者噪音,严重影响电动机的正常事情。

1.2 电磁滋扰能量的耦合路子

耦合是指电路、设备、系统与其它电路、设备、系统间能量的联系。
各种电磁骚扰源通过耦合传输电磁能量到敏感设备。
耦合路子有两种办法:传导耦合与辐射耦合。

1.2.1 传导耦合

传导耦合是通过电源线、旗子暗记线、互联线、接地导体等连接通道进行耦合。
按耦合办法又可划分为公共阻抗耦合、电容性耦合、电感性耦合三种基本办法。
实际中,这三种办法是同时存在共同浸染的。

1)公共阻抗耦合

当电路电流经由一个公共阻抗时,一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路。
公共电源阻抗耦合模型及其等效电路如下:

图2中将图1中的电源阻抗及公共线路阻抗合并表示为R,U为空想电压源,Z1、Z2分别为电路1和电路2的阻抗。
根据等效电路有:

由上式可以看出由于R的存在,电路1电源电流的任何变革都会影响电路2的电源电压。
若R=0,则U1=U2=U,即电路1和电路2无公共阻抗耦合。
降落电路1与电路2间的公共阻抗耦合即减小电源阻抗和公共线路阻抗。
一方面可将电路的电源引线靠近电源输出端,从减小电源线长度的办法来减小公共线路阻抗;另一方面可采取稳压电源将电源内阻降落。

2)电容性耦合

电容性耦合是由两条电路间的电场相互浸染所引起的,其耦合模型及等效电路如下:

C12是导体1与导体2之间的分布电容,C1g是导体1与地之间的电容,C2g是导体2与地之间的电容,R是导体2与地之间的电阻,U1是作为骚扰源的导体1的电压,电路2为受滋扰电路,Un是线路2与地之间产生的骚扰电压。

式(1) 表明电容性耦合的骚扰浸染相称于在导体2与地间接了一个幅值In=jwC12U的电流源。
在骚扰源电压和频率恒定的情形下要减小耦合滋扰,一方面可使敏感电路在较低的电阻值上事情,即通过减小R的办法来减小Un;另一方面导体通过得当地取向、屏蔽或隔离的办法减小C12来达到减小Un。

式(2) 表明在高阻抗的情形下电容性耦合骚扰浸染只与C12、C2g有关,且此时产生的骚扰浸染要大的多。

3)电感性耦合

电感性耦合是由两电路间的磁场相互浸染引起的,其耦合模型及等效电路如下:

电路1中滋扰电源I1在电路2的负载电阻R和R2上产生的骚扰电压分别为:

个中S为回路面积,B是角频率为的正弦变革磁通密度的有效值。
由上式可知,可通过减小B、S、cosθ的办法减小电感性耦合骚扰的目的。

1.2.2 辐射耦合

辐射耦合因此电磁场的形式将电磁能从骚扰源经空间传输到敏感设备。
空间中除了骚扰源故意辐射之外,还存在许多无意辐射的电磁波,而处在这一电磁场中的导体都能感应出电压。
因此,辐射滋扰可通过天线、导线、闭合回路等办法对电动机掌握系统进行滋扰。

2 系统硬件的电磁兼容的设计

DSP电路的事情频率很高,芯片管脚很密,在与仿照器件一起进行数模稠浊设计时,对PCB版的设计哀求很高。
以下为设计时必须遵守的准则和哀求。

随着电子器件的小型化及封装密集化,有必要采取多层印刷电路板,个中包括单独的数字地层、电源层及其其它旗子暗记层。
在布线时,单独设置的电源层有利于电路板元器件的布放;采取地层则不仅省去了大量器件管脚接地的事情量,而且可以有效地改进数字地线的质量。
但应把稳,在布孔、布线时应考虑通孔焊盘和过孔会将地层打断,过多的通孔会影响地层的抗滋扰效果。
本系统采取了四层板构造,分别为地层、电源层和两面元件层。
在绘制PCB也特殊考虑了通孔焊盘和过孔的利用, 将尽可能多的网络在元件层布通。

由于基于DSP的电动机掌握系统利用的微处理器内核采取独立电源供电模式,因此对付具有144个管脚的TSM320LF2407A,须要较多的电源解耦电容,为了节省空间,减小通孔数目,系统采取贴片电容,达到了较好的解耦效果。

接地应遵照的基本原则是:数字地、仿照地、屏蔽地该当合理接地,不能混用。
尽可能的使接地电路各自形成回路,减少电路与地线之间的电流耦合。
合理支配地线使电流局限在尽可能小的范围内,并根据地电流的大小和频率设计相应宽度的印刷电路和接地方式。
DSP的A/D采样仿照电源引脚VCCA和VSSA必须差异于任何数字电压电源引脚,避免数字滋扰旗子暗记通过地线耦合。
同时,A/D转化器的仿照地线采取单点打仗,数字地与仿照地在电源处连接并在此处接大地。
VCCA和VSSA仿照引线在印刷电路板布线时应尽可能的短,以使二者精确匹配。

3 软件电磁兼容设计

TSM320LF2407A有丰富的指令集、极高的运行速率及软件看门狗(watchdog)和实时中断(RTI)模块,这些特点都为软件抗滋扰供应了良好的条件。
本系统紧张采取以下几种软件抗滋扰设计。

3.1软件陷阱法

由于滋扰,每每会导致运行程序进入程序存储器的空缺区(即无指令区),这种征象叫做程序“跑飞”。
因此在各个子程序之间、各功能模块之间和所有空缺处,都写上连续3个空操作(nop),后接一无条件转移指令,一旦程序跑飞到这些区域,就会自动返回实行正常程序。
即:

Nop

Nop

Nop

LJMPADDRESS:ADDRESS指定地址;

3.2 程序的冗余设计

在程序存储器的空缺区域,写入一些主要的数据表和程序作为备份,以便系统被毁坏时仍有备份参数和程序坚持系统正常事情。
由于LF2407A的数据存储以数据页为基准,如果对不同数据页的数据进行操作而不指定相应的数据页,会导致程序跑飞。
因此须要对程序未利用满的数据页进行添补,防止数据页混乱导致程序的系统误操作。

3.3 软件看门狗设计

看门狗定时器(WDT)又称监视定时器,可使微机系统从故障中规复过来。
在微机系统启动时,也启动WDT。
它将对机器的状态周期进行计数,每一个状态周期计数器加1,当计数器溢出时,能自动的将复位引脚的电平拉低至少两个状态周期的韶光,这个复位旗子暗记使得DSP复位。
在正常事情时,定期的用软件去复位 WDT,而不会使WDT溢出造成系统复位。
可是,如果程序一旦“跑飞”进入去世循环或误区,这时软件就不会复位WDT,从而使WDT的计数达到溢出而使系统复位。
系统复位后又从000H单元开始实行程序,这样就可把“跑飞”的程序拉回到正常的程序中。

4 结论

电磁兼容设计关系到基于DSP的电动机掌握系统能否安全事情。
电动机掌握系统设计应根据系统的事情环境,掌握系统的技能指标,工艺繁芜性,本钱等成分进行电磁兼容的综合设计。
电动机掌握系统的设计采取上述电磁兼容性设计,可使运行稳定可靠,故障率低,达到预期效果!

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