硬件抗干扰设计

无刷直流电机无位置传感器控制系统，包括功率驱动电路，反电动势过零点模拟检测系统，以及dsp数字控制部分。为了提高模拟检测电路的精度，获得最为精确的反电动势过零点信息，进行正确的换相，需要将这三部分电路合理地进行模块化，从而避免不同功能电路之间的元器件相互混接，并采用正确的接地和布局方式。否则，不同电路间会存在相互的串扰与耦合，如图1所示。　　按干扰的传播路径，可分为由于共同阻抗产生的传导干扰和辐射干扰两类。所谓传导干扰，是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，也可以加光电隔离电路来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理。所谓辐射干扰，是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离或在敏感器件上加屏蔽罩。　　电机功率驱动电路每次进行pwm斩波调制时，都会产生很大的开关噪声和电磁干扰，这样功率器件一方面会通过电路间的共模阻抗和耦合电容对模拟检测电路产生干扰，功率电路中的瞬态电流也会在信号回路上建立起电压；同时作图1 无位置传感器控制系统的干扰耦合方式　　为发射源，也会对以dsp为主的数字控制电路产生不良的辐射干扰。模拟检测电路如存在较大的共模干扰，会给不导通相端电压带来不准确的干扰，以至于会产生错误的比较信号，这就无法再采用本节所提出的无位置传感器控制方法，如图2所示。因此，必须解决不同电路间的共模干扰问题。 dsp主控制器的正常工作如受到较大的电磁干扰，可能致使在dsp中运行的程序跑飞，会导致电机换相失误，停止运行等后果。　　图2 不导通相端电压瞬态波形　　为保证无位置传感器控制方法能够有效实现，必须采用硬件抗干扰措施。抗干扰设计主要应当从三个方面考虑：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。　　首先，在无刷直流电机的一个pwm斩波调制过程中，电机两相绕组中电流上升时，由于系统地线共阻抗的存在，会产生一个附加的共模噪声加载在模拟检测电路上。因此，如果要将电源电压的一半值与不导通相端电压进行比较，进而获得反电动势的过零信号时，应当在电机速度较大时进行。这是因为此时反电动势很大，频率很高，且上升速度很快，会使得这个共模噪声对过零点检测的影响减小到最低。同时，应当将功率电路地与模拟检测电路地单点共地，并在印制电路板上尽量增大接地面积以减少地线阻抗。加大电路板元器件之间的距离，模拟检测电路之间进行铺地操作，以减小地线阻抗。数字地与模拟地之间应当通过磁珠来连接。　　为了抑制干扰源，就还要尽可能地减小干扰源的du/dt和di/dt，这是抗干扰设计中最优先考虑和最基本的原则。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现的，而减小干扰源的du/dt则是在干扰源电路回路中串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现的。　　在实际电路设计中，有许多抑制干扰源的噪声，可以在电路板上的每个芯片上并接高频电容，－方面减小芯片对电源的影响，另一方面小电容也起到了稳压的作用。在布线过程中，要求高频电容的连线尽量靠近电源端并尽量粗短，否则等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。布线时避免90°的折线，以减少高频噪声发射。　　其次，针对于数字控制系统的辐射干扰，可以使用屏蔽金属罩，与功率电路地相接以屏蔽功率管开关对外产生的电磁干扰，并且功率电路要单独接地；针对高频工作的数字控制系统，应当适当增加去耦电容；制作芯片电路引线时，避免形成天线接收回路，布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声；电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。　　对于与模拟检测电路相关的dsp输人与输出信号，可以通过光电隔离元件加载到模拟检测电路上去；对于dsp闲置的i/o口，不要悬空，要接地或接电源；使用dsp内部的看门狗模块电路，可大幅度提高整个系统的抗干扰性能；充分考虑dsp供电电源对各芯片的影响，dsp供电电路的电源加滤波电路，以减小电源噪声对dsp或其他数字控制系统芯片的干扰。注意晶振布线，晶振与dsp引脚尽量靠近，用地线网格把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。将电路板的数字控制电路、模拟检测电路以及功率驱动电路合理分区，如强信号与弱信号以及数字信号与模拟信号都要尽量分开布局。尽可能把干扰源与dsp控制芯片远离。大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。　　最后，由于功率开关管寄生电容与无刷直流电机绕组发生作