1.现象描述:电动机的“电磁烟花秀”

 

某车载直流电机在辐射测试中上演惊魂时刻——180MHz频段左右炸出超标尖峰，如下图所示：

频谱图像被点燃了的烟花，工程师调参到手软，超标点却稳如泰山！

 

诡异现象：

 

电刷切换瞬间频谱剧烈抖动，像心电图室颤

 

4μH电感+0.1μF电容组合形同虚设

 

滤波电路竟安装在电刷隔壁，堪称“噪声VIP观景位”

 

2.原因分析：电刷的“火花狂欢”

 

第一幕：电刷的电磁暴走

 

解剖电机发现致命设计：

 

[噪声生成流水线]  

 

电刷断开 → 线圈反电动势 → 空气放电 → 高频噪声 → 耦合到电源线  

 

关键证据：

 

电刷切换产生放电现象，放电会产生高频噪声

 

滤波电路环路包围电刷，完美接收电磁轰炸

 

如下图所示为电机的实物图：

 

带电刷的电动机, 由于在电刷切换时, 电动机线圈中的电流不能突变, 当一路线圈通电断开时, 会在该线圈的两端产生较高的反向电动势。

 

这个电动势会在附近的回路中产生放电现象, 放电产生的瞬态电流具有较陡的上升沿, 伴随着高频噪声, 并且这种噪声在幅度和频率上有很大的随机性｡ 

 

当这些高频噪声耦合到电源线或其他较长的未接地导体时, 就会产生辐射。

 

这就是本次辐射的原因所在。

 

下图是拆开后的电动机实物图：

 

如下图所示的是电流的直流供电口的滤波电路原理图：

 

图中滤波电路中的电感L1 ､ L2 直接与电刷串联｡ 

 

电感的作用是防止当电刷通过换向片间隙时流进电刷电流的突然变化, 电感量约为4μH｡

 

串联在电路中的电感和对地的旁路电容C2 ､ C3 组合起来构成一个低通滤波器, 这样就可以增强单个电感或电容的滤波效果。

 

第二幕：滤波器的“位置陷阱”

 

死亡布局：滤波电路环绕电刷，化身环形天线

 

电容引线：6cm引线电感≈6nH，180MHz时阻抗6.78Ω（远超电容自身0.08Ω）

 

金属外壳：表面喷漆会导致接地阻抗很大，屏蔽效果归零

 

从上面三幅图可以看出, 该电动机的滤波电路, 物理位置正好处于电动机的电刷 (放电骚扰源) 中｡ 

 

因此, 电刷火花放电使产生的近场噪声通过电磁耦合的方式耦合到滤波电路的环路中, 使滤波电路失效｡

 

3.处理措施：给电机装上“电磁静音器”

 

电磁静音四板斧

 

1.乾坤大挪移：

 

将滤波电路迁移至电动机电刷的一边，消除滤波电路组成的环路正好落在电刷当中。

 

效果类比：电刷跳出敌人包围圈

 

2.铜箔护体：

 

电刷区域包裹铜箔屏蔽层（防止电刷放电产生的电磁波通过空间传播到电源线上），接地点打磨至金属本色

 

实战技巧：用导电泡棉临时固定，5分钟验证效果

 

3.电容手术：

 

引线长度砍到1cm内，改用贴片陶瓷电容

 

阻抗对比：180MHz时总阻抗从6.78Ω→0.88Ω

 

4.电刷柔术：

 

更换石墨-铜复合电刷，脉冲幅度降低

 

副作用预警：寿命缩短，需加强磨损监测

 

4.思考与启示：滤波设计的“空间哲学”

 

血泪经验包

 

1.距离不一定产生美：

 

滤波电路与噪声源间距尽量小，这消除了任何额外的引线长度， 使噪声回到噪声源的阻抗最小， 具有最佳的滤波效果

 

黄金法则：滤波器件安装位置比参数更重要

 

2.引线是原罪：

 

1cm引线在180MHz=1.1Ω，堪比小型电感

 

优先选用三端子穿心电容（阻抗降低90%）

 

3.金属外壳≠屏蔽：

 

喷漆层可以使屏蔽效能下降，接地点需激光除漆

 

要良好接地

 

举一反三技巧

 

遇到高频辐射超标，先用铜箔包裹疑似耦合路径

 

用近场探头扫描滤波电路周边，定位电磁热点

 

电刷类设备优先采用金属封闭式结构+导电润滑脂

来源：电子工程师之家

关键词： 辐射发射测试