電機驅動模塊輻射發射調試案例

• 問題現象描述

某電機驅動模塊電，低頻輻射測試時發現56MHz、76MHz頻點超標。144MHz頻點余量不滿足輻射發射管控標準，測試數據如下圖：

圖1：新版本模塊輻射發射測試原始數據

測試布置場景圖

圖2：輻射發射測試環意布置圖

• 問題現象分析

電機驅動模塊舊版本板卡輻射發射測試是通過的，新板卡輻射發射摸底測試結果卻是Fail的，在測試場景布置、輔助設備等都不變的情況下，更換舊版本板卡輻射發射測試的結果仍然是通過的，基本排除是測試環境布置、輔助設備的影響，確認是新版本板卡設計問題。    

圖3：舊版本模塊輻射發射測試數據

• 電機驅動模塊原理框圖

圖4：電機驅動電路原理框圖    

• 新舊版本模塊差異分析

電機驅動電路由分立器件電路改為IC 驅動，差異點主要集中在驅動電路，其它電路確認未做任何修改。驅動電路前級PWM控制信號的頻率設置、信號電平設置確認與原來設計保持一致，即軟件設置未做任何修改。電機驅動電路輸出到后級電機控制電路的開關頻率、信號電平，與D版本參數設置保持一致，即驅動參數設計未做任何變更。

圖5：新舊版本模塊電機驅動MOS管G極信號波形對比

波形測試結果對比可知，驅動信號開關速度相同，信號的驅動電平幅值也相同。舊版本電機驅動信號波形上升沿、下降沿都沒有振蕩，而新版本驅動信號波形上升沿、下降沿有輕微振蕩，振蕩原因不明。調整電機驅動上下管G極Rg on串聯電阻參數分別修改為47R、75R、120R、330R、1Kohm，上下管G極Rg off串聯電阻參數分別修改為5R1、10R、15R、20R、30ohm，對策導入后56MHz、144MHz輻射頻點的改善明顯，76MHz頻點仍然不達標。    

圖6：修改電機驅動MOS管G極驅動電阻參數后輻射發射測試數據

• 干擾源定位

電機驅動模塊是直流電機驅動，最高電壓只有24V左右，頻譜分析儀RF輸入端可以承受48V以內的電壓，故使用頻譜分析儀尖頭探針尋找干擾源具體位置。頻譜分析儀量測到驅動IC pin5&pin7引腳時，發現76MHz干擾頻點在此處的能量最強，而經過G極串聯電阻后有衰減，但是能量很強

圖7：干擾源位置及噪聲頻譜圖

• 干擾源調試

MOS管G-S極之間預留電容位置加焊0.01uF電容，輻射測試時76MHz超標頻點改善仍然不明顯。驅動IC輸入端PWM_CH、PWM_CL信號，串聯電阻參數由22ohm改為1.5Kohm，驅動IC pin5&pin7引腳干擾能量有輕微降低。驅動IC pin5&pin7引腳對IC pin4 COM引腳之間增加0.01uF濾波電容，76MHz超標頻點改善明顯。    

圖8：驅動IC驅動信號對COM引腳增加濾波電容及頻譜圖

• 問題根因分析

驅動IC pin5&pin7引腳干擾經過G-S之間分布電容耦合到電機，再經過電機線圈耦合，回到IC pin4 COM引腳形成完整的電流環路 。此電流環路面積足以使76MHz干擾頻點輻射出去，被測量天線接收到，造成輻射測試不達標。在驅動IC  pin5&pin7與pin4 com引腳之間加0.01uF電容，可以有效減小干擾信號形成的電流環路面積，降低干擾信號發射能量，滿足輻射發射測試管控標準。    

圖9：驅動IC驅動信號對COM引腳增加濾波電容后輻射發射測試數據

• 問題解決方案

驅動IC pin5&pin7輸出引腳與pin4 COM引腳之間增加0.01uF電容，旁路噪聲信號的高頻環路，縮小環路面積。

圖10：對策前后高頻電流環路對比