[参考译文] DRV8701：使用 DRV8701P 时、电流调节响应导致的 EMI 辐射问题

嗨、Jaeho、

您能知道 EMI 发生的频率是多少吗？

电流振铃频率看起来大约为 2 –2.5MHz。

此致、

Grzegorz

嗨、Jaeho、

感谢您的发布。

电流振铃不是电流调节的响应。   例如、电流调节 tOFF 规格为 25 μs 典型值、TON 可以为 10 μs。 PWM 频率为 1/ 35 μs = 28.6kHz。 您观察到的响铃频率明显更高、就像 Gregorz 指出的那样。 这似乎是由寄生电容和电缆线束电感造成的。 尝试减小 IDRIVE 以减慢上升和下降时间以及输出端的电容器 — 请参阅下文。

请分享 EMI/EMC 频谱图。 谢谢你。

此致、Murugavel     

嗨、Murugavel、Grzegorz

感谢您的答复

请参阅下面的 EMI 频谱图

当 PWM 占空比为 100%时、EMI 辐射并不显著、但它仅在开关期间显示如所示的附加频谱。

尽管对 SH1 和 SH2 施加了 1nF 电容器、但没有改善。 这是否因为电容值不足而导致？

谢谢

此致

嗨、Jaeho、

感谢您提供更多信息。  

但是、当电机最初驱动时、会发生 EMI 辐射故障、这似乎是由启动期间的电流调节响应引起的。

使用的可变占空比 PWM 输入频率是多少？ 请分享原理图和目标电流调节设置。 负载电流曲线 — 启动浪涌电流，稳态电机运行电流和失速电流。  

尽管对 SH1 和 SH2 应用了 1nF 电容器、但没有任何改进。 这可能是因为电容值不足吗？

是、1nF 不足以抑制 PWM 开关频率边沿引起的 EMI。 请尝试使用 10nF 至 100nF 来抑制基频、这也将有助于抑制谐波、并尝试减小 IDRIVE 设置。 此外、查看是否 将输入 PWM 频率降低 5kHz 至 10kHz、违规峰值振幅是否在占空比< 100%的情况下从 53MHz 位置移动。 谢谢你。

此致、Murugavel   

嗨、Jaeho、

“当 PWM 占空比为 100%时、EMI 辐射不显著“-这意味着 BDC 电机不会引起问题、主 EMI 源可能正在切换过程。

对于 Murugavel 提到的解决方案、我要补充：

1.检查 PCB 布局、 DRV8701EVM 是 2 层 PCB 布局的一个很好的示例（向它添加 2 个内部接地平面是降低 EMI 的最简单方法）、请注意 1uF C5 和 C6 电容器及其放置。 在等 TI 材料中、您可以找到一些有关 PCB 布局设计的有趣信息

https://www.ti.com/lit/an/slva959b/slva959b.pdf?ts = 1761211353053&ref_url=https%253A%252F%252Fe2e.ti.com%252F

2.铁氧体扼流圈,镍锌可能是最合适的材料,但这将是一个相当昂贵的解决方案,我认为它将不需要。

您能否判断是否可以在现场执行 EMI 测试、或者是否必须将电路板发送到实验室？ 如果您没有频谱分析仪和天线、也可以使用示波器进行 EMI 故障排除。

此致、

Grzegorz  

嗨、 Grzegorz、 Murugavel

感谢您发送编修。

我们当前使用的 PWM 频率为 24kHz。
请参阅以下原理图。
 
运行条件的情况
VM = 36V、电机最大负载= 9A

接下来、星期一将提供有关负载电流曲线（启动浪涌电流，稳态运行电流和失速电流）的信息。

由于我们每周访问 EMI 测试实验室、因此我们能够将最终文件与星期二之后应用的调试更新共享。

调试列表：

1.在 SH1、SH2 和 GND 之间添加了 10nF 至 100nF 旁路电容器。

2.更改了 PWM 频率以检查频带偏移。

向 GH1 和 GH2 漏极节点添加了 1 µF 电容器
  

4、审查了 NiZn 铁氧体磁芯的使用情况；然而、发现有效抑制至少需要 3 匝。

5.降低 IDRIVE 可能会在高负载条件下导致运行不稳定、因此将其视为最后一步。

谢谢
此致

嗨、Jaeho、

感谢原理图。 看起来没关系。 良好的布局对于降低 EMI 非常重要。 您的计划听起来不错。 请随时向我们发布。  

此致、Murugavel  

嗨、Jaeho、

感谢您分享上述所有信息。 您可以尝试使用示波器来快速验证电路板的任何更改是否带来了一些改进。

-如果用短电缆将 PCB 板连接到电机上,可以用较长的电缆 (0.5-1m ) 替换它,

-将示波器探头接地导线连接到探头尖端,形成简单的近场天线,

-将探头设置为 10:1 范围,

-将示波器设置为约 20-50ns/div ,交流耦合,关闭 BW 滤波器,

-将探头接地导线连接到靠近 PCB 板的电机电缆或电缆导线（以振铃较高者为准）,

-将电机电流设置为可能的高值,电机将需要加载或失速,

-用 V/div 和触发找到最高电压振铃,它的频率应该在 53MHz 左右。

-对 PCB 板进行任何更改,并检查是否有最大振铃 振幅也发生了变化、

-降低 MOSFET H 桥中的寄生电感也应增加振铃频率。

此致、

Grzegorz

嗨、 Grzegorz、 Murugavel

我想分享在应用审核列表中的项目 1 和 3 后获得的波形。

由于施加 10nF 电容器没有明显改善、因此 I 从 100nF 开始。
分别向 SH1 和 SH2 添加 100nF 电容器后测得的波形如下所示。

1CH：GH1 HS 门

2 通道：GH2 HS 门

3 通道：SH1 电压

4 通道：SH1 电流

由于电容器的存在一些改进、但当 GH1 HS 栅极导通时、不会观察到明显的 dv/dt 差异。

当我将 IDRIVE 设置值从 25mA 更改为 12.5mA 时 、随着 dv/dt 的变化、观察到了其他影响。

尽管我们计划稍后通过改变栅极电流来进行温度测试、但是否有任何额外的方法来完全消除  电流振铃？

谢谢
此致

嗨、Jaeho、

感谢您的更新。 在所有这些情况下、您可以注意到振铃发生在转换的死区时间期间。 在死区时间内、驱动器未驱动、您观察到的是由于负载 L 和 C 行为而产生的振铃 — 增大电容器会降低振铃频率，因此观察到的振铃波形周期较小可能会使其看起来有所改善。 通过在输出端包含串联铁氧体电感器、可以实现类似的改进。 这是通过电感器快速切换大电流的典型行为。  通过测量振铃频率并使用电容器的值、您可以计算导致此行为的电感。 这可能是输出端 PCB 布线的杂散电感、电机的电缆线束等、如果不进行重大更改、可能很难消除。

缩短上升时间（减小 IDRIVE）似乎可以按预期提供很大帮助。 也许您可以尝试向 R4 添加 10 至 47 欧姆的串联栅极电阻器 R1、这有助于在不减小 IDRIVE 的情况下缩短上升/下降时间。 更改 PWM 频率应改变该行为、但在很大程度上不会改变。 由于这是在死区时间内发生的、因此驱动器本身不是振铃的来源。 这些旋钮可用于微调以缓解该问题。 希望这对您有所帮助。 谢谢你。

此致、Murugavel    

嗨、 Grzegorz、 Murugavel

感谢您的支持。
下面的频谱图是在将 IDRIVE 更改为 12.5mA 并将 100nF 电容器添加到 SH1 和 SH2 后测量的。
已经有了很大的改进、我要再次感谢你的帮助。

最后一个问题是、我目前正在修改 PCB。
PCB 是一个 4 层电路板、包含顶层、信号层、GND 层和底层。
由于 SH1 和 SH2 电流较高、因此我已将模式冗余放置在所有层中。
最好仅在一侧（例如顶层或底层）对它们进行布线吗？

谢谢、Best ragards