一种降低驱动器电磁干扰的电路的制作方法

本实用新型属于电机驱动器技术领域，涉及驱动器电磁干扰的抑制，为一种降低驱动器电磁干扰的电路。

背景技术：

随着工业自动化的不断发展，驱动器广泛应用于制造、医疗、服务等行业中，以提供精确、快速的位置和速度控制为目的，是先进制造技术领域必不可少的自动化设备，其技术水平和应用程度是一个国家工业自动化的重要标志。

随着自动化电控系统的推广应用，对其性能的要求也越来越高，包括更短的定位时间、更优的控制平稳性、更智能的自整定技术、以及更高的可靠性。但是，由于电力电子设备依靠电磁能进行工作，一些无用的电磁能量在它们运行时发射出来，形成电磁扰(EMI)，影响系统中其他设备的正常工作。伺服驱动器工作时，其中不断高速开通或关断的开关器件，不可避免的会造成电压和电流在短时间内发生快速变化，从而产生丰富的高次谐波，相应的电磁能量以电路连接或者电磁波空间耦合的方式形成电磁干扰，干扰噪声的信号频率从几kHz到数十MHz，影响电机伺服系统自身的正常运行和周围电气系统的正常工作。尤其是在环境复杂恶劣的工业场合，单台或多台驱动器与其他电气设备共同工作时，往往由于驱动器本身的EMI性能较差，会给电网造成污染、并对同一电气系统中的其它设备、走线(如PLC、控制器、HMI等)造成干扰并影响整个电控系统正常工作。因此，如何降低驱动器的EMI从而提高其使用可靠性是国产驱动器设计的核心问题之一。

实用新型专利CN204089585提出了一种PWM功率变换器传导电磁干扰无源抑制装置，从差模和共模的角度进行分别设计共模滤波器和差模滤波器，在抑制传导电磁干扰的同时也消除了系统产生的一些负面影响，包括过电压和电机轴电压。但是，在该实用新型专利中，使用了多个串联在系统动力线缆回路中的无源功率器件，包括共模电感、功率电感、功率电阻，这些功率无源器件数量较多，而且相对而言体积大、成本高，会引入额外的功率损耗，而且随着伺服系统功率的增加，体积、成本和功耗方面的增长将会是巨大的。类似的方案还有实用新型专利CN201320543547等所描述的。

实用新型CN204539035U提出一种低EMI电机驱动器，利用EMI传感器检测电磁干扰信号，通过时域频域转换将电磁干扰信号采样结果进行处理，并经过相关电路运算，合成控制信号用于驱动伺服电机。该实用新型能够提高电路运行的稳定性，减少能耗，散热少，可以更好地降低电机驱动EMI的频谱能量密度，减少强EMI的出现。但是该方案电路使用的器件较多，设计复杂，电路自身可靠性低，EMI抑制效果有限，尤其是针对高频电磁干扰信号的抑制效果。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题是：国产伺服的发展需要提出一种使用器件少、不需要大体积功率器件的无源滤波电路，能够实现降低伺服驱动器对外电磁干扰功能，具有体积小、能耗少、成本低不需要散热的特点，显著提升伺服驱动器可靠性和稳定性。

本实用新型的技术方案为：一种降低驱动器电磁干扰的电路，驱动器功率部分包括整流器部分、母线支撑电容部分和逆变器部分，在整流器部分，电网三相输入进线R、S、T上设有第一滤波器和第二滤波器；在母线支撑电容部分，电解电容中心点对大地FG处设有第三滤波器电路；逆变器部分的功率开关管的门级驱动电阻阻值可变。

所述第一滤波器由X类安规电容C1、C2、C3和Y类安规电容C4构成，电容C1、C2、C3的一端分别连接三相电网侧R、S、T线端，电容C1、C2、C3的另一端短接在一起并与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与大地FG连接；第二滤波器由Y类安规电容C5、C6、C7构成，电容C5、C6、C7的一端分别连接三相电网侧R、S、T线端，电容C5、C6、C7的另一端短接在一起并与大地FG连接；第三滤波器由安规电容C10和感性元件L1构成，安规电容C10的一端与母线支撑电容中心点连接，安规电容C10的另一端与感性元件L1的一端连接，感性元件L1的另一端与大地FG连接。

作为优选方式，所述门级驱动电阻R_G为可更换式结构，在电路硬件结构中，将门极驱动电阻的位置独立设计，用于更换设置不同阻值的门级驱动电阻。

本实用新型相比现有技术具有以下进步：

1)本实用新型使用无源器件实现滤波电路的设计，采用并联在电网输入线缆以及支撑电容中心点与FG之间的方式实现滤波功能，并支持率开关管的门级驱动电阻动态可调。

2)本实用新型设计有3处滤波电路，均采用无源器件，应用简单方便，所需元件数量较少，不需要其他控制电路和特定的控制算法，实现简单，适用于多种功率等级以及各种用途的伺服驱动系统。

3)本实用新型所设计的滤波电路采用安规电容和感性器件，滤波电路中没有器件需要串接入功率回路，不需要使用功率电阻和功率电感等器件，在体积和成本方面具有绝对的优势，有利于伺服驱动器的小型化，提高伺服系统的功率密度等级，降低伺服驱动器的整体成本。

4)本实用新型开放功率开关管的驱动电阻Re的调节，能够根据不同的应用使用相应的驱动电阻，从而避免功率开光管在开通和关断瞬间产生过高的dv/dt、di/dt，从源头上减小了干扰信号的产生，实现降低伺服驱动器系统对外EMI。

附图说明

图1为本实用新型滤波电路的电路原理图。

图2为本实用新型功率开关管驱动电路的电路图。

图3为未采用本实用新型驱动器的CE测试结果图。

图4为采用本实用新型驱动器的CE测试结果图。

具体实施方式

本实用新型提出一种使用器件少、不需要大体积功率器件的无源滤波电路，能够实现降低伺服驱动器对外电磁干扰功能，具有体积小、能耗少、成本低不需要散热的特点，显著提升伺服驱动器可靠性和稳定性，对国产伺服的发展具有重要的意义。

伺服驱动器功率部分主要包括整流器、母线支撑电容、逆变器三大部分。对于伺服驱动设备产生的电磁干扰信号，主要的抑制措施包括以下两个方面：减小干扰源产生的干扰信号，切断和抑制干扰信号的传播途径。

本实用新型提出的降低伺服驱动器EMI的电路设计，从减小干扰信号源方面，在逆变部分开放功率开关管门级驱动电阻的调节功能，从源头入手，根据具体的工程需要选择合适的驱动电阻，从而避免功率开关管在工作过程中产生过高的dv/dt和di/dt；从切断和抑制干扰信号的传播途径方面，在整流部分设计有无源滤波网络，能够有效防止伺服设备内部产生的干扰噪声通过电源线传播到电网，并且在母线支撑部分添加创新设计的电路，能够有效缩短共模干扰信号的传播途径，从而减少共模干扰对系统EMI指标的影响。

其具体方案如下：

1、对于整流部分，在电网三相输入进线R、S、T上添加第一滤波器和第二滤波器，两组滤波器电路分别由多个安规电容组成，使用不同的拓扑结构，对差模干扰和共模干扰都能够起到有效的抑制作用。

2、对于母线支撑电容部分，在母线支撑电解电容中心点对FG处添加第三滤波器电路，第三滤波器由安规电容、感性器件构成，能改善共模干扰信号的传播路径，有效地降低特定频率范围的共模干扰信号对伺服驱动器的对外EMI的影响。

3、对于逆变器部分，开放逆变器功率开关管的门级驱动电阻R_G的阻值调节功能，用户可以通过具体的工程实践需求，调节不同的门级驱动电阻值，从而避免功率开关管在开通和关断瞬间产生过高的dv/dt、di/dt，从源头上减小了干扰信号的产生，实现降低伺服驱动器系统对外EMI的目的。

为具体阐述本发明的技术方案，技术效果和特点，以下将结合本发明的实际电路参数与实验结果对本发明进行更清晰、详细的描述。

图1中包含三个滤波器电路，其中第一滤波器由X类安规电容C1、C2、C3和Y类安规电容C4构成，电容C1、C2、C3的一端分别连接三相电网侧R、S、T线端，电容C1、C2、C3的另一端短接在一起并与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与大地FG连接；第二滤波器由Y类安规电容C5、C6、C7构成，电容C5、C6、C7的一端分别连接三相电网侧R、S、T线端，电容C5、C6、C7的另一端短接在一起并与大地FG连接；第三滤波器由安规电容C10和感性元件L1构成，安规电容C10的一端与母线支撑电容中心点连接，安规电容C10的另一端与感性元件L1的一端连接，感性元件L1的另一端与大地FG连接。

逆变器部分中驱动电路图如图2所示，图中R_G为功率开关管的门级驱动电阻。本实用新型采用开放的结构设计，实现R_G阻值对用户的开放可调，能够根据具体的应用选择合适的驱动电阻，作为一种实现方式，门级驱动电阻R_G为可更换式结构，在电路硬件结构中，将门极驱动电阻的位置独立设计，配合电路外面的驱动器外壳，便于更换设置不同阻值的门级驱动电阻。

对于某一特定驱动器进行试验，不使用本实用新型电路的伺服驱动器系统的传导电磁干扰频谱如图3所示，从图中可以看出，系统产生的传导电磁干扰普遍较高；在使用本实用新型电路的伺服驱动器系统的传导电磁干扰频谱如图4所示，对比图3的测试结果，能够明显看出本实用新型能够有效地降低伺服系统对外的EMI。