保持有刷直流电机的低成本

有刷直流电机价格低廉且易于操作，以合适的价格在汽车、航空航天、医疗、工业、家电、消费和家庭自动化等行业提供理想的性能平衡。因此，每年生产数十亿件产品，预计这一数字在未来 10 年还会增加。

然而，不断提高的电磁兼容性 (EMC) 要求，以及更加拥挤和“嘈杂”的电子环境，将这些低端解决方案的成本推高至与更昂贵的无刷替代方案相当的水平，从而有可能破坏平衡。

问题是电刷摩擦换向器时产生的电磁干扰 (EMI)，这是该设计的固有缺陷。当电子设备接收强电磁波时，电路中可能会产生不需要的电流并干扰预期的操作。 EMI 甚至会对运行设备造成物理损坏。

工作电路频率的增加、高频噪声扩大了受影响的频率范围，以及电子设备的小型化缩短了源与受害者之间的距离，使问题变得更加严重。如果这还不够的话，由于当今的电路在较低电压下运行，许多电子设备即使使用较少的能量也更容易受到噪声的影响。

为了抵消产生的噪声，需要结合屏蔽和滤波组件。这不仅增加了成本，而且许多 EMI/RF 滤波解决方案无法滤除所产生的所有形式的噪声，并且许多解决方案无法在不相应增加成本的情况下处理更高的直流电流。

以下是有关如何使用更先进的 EMI 滤波解决方案解决这些问题的一些提示。

1. 寻找卓越的 EMI 滤波解决方案，而不是转向无刷直流电机。

对于无刷直流电机，换向是通过电子方式完成的。因此，噪声的产生明显减少（没有机械换向产生的噪声），但实现的复杂性和成本却增加了。

然而，如果有选择的话，原始设备制造商更喜欢能够保持有刷直流电机相对较低的价格（考虑到所涉及的数量）的解决方案。幸运的是，有更先进的 EMI 滤波解决方案可以实现这一点。

2. 避免使用不足以满足当今 EMC 要求的传统滤波方法。

传统的共模滤波方法包括由电容器组成的低通滤波器，其通过频率低于所选截止频率的信号并衰减频率高于截止频率的信号。

OEM 的选项包括两个电容差分、三个电容（一个 X 电容和两个 Y 电容）、直通滤波器、共模扼流圈、LC 滤波器或这些的组合。

然而，为了满足日益增长的 EMC 要求，诸如两个电容器差分滤波器之类的低成本解决方案是不够的，因为不匹配的电容器会对每条线路产生不同的滤波，因此需要进行模式转换（即，部分共模噪声转换为差分噪声）。 -模噪声，反之亦然）。只要 EMC 要求仅在相对较低的频率（即 <150 MHz，例如汽车中的 AM/FM 收音机）下，传统的三电容器滤波器就足够了。

尽管三电容滤波器提供了良好的滤波性能，但在滤波电信频段??的噪声时通常效果不佳。其他解决方案（例如馈通滤波器）可在较宽的频带内提供良好的抑制效果，但当电源线必须承载几安培的电流时，就会变得昂贵。

此外，馈通滤波器是单端器件，因此可能会引入模式转换（如双电容滤波器）。

无论产生的噪音如何，如果需要高直流电流，您将需要一个非常大、昂贵的直通滤波器，这消除了有刷直流电机作为低成本解决方案。

3. 共模扼流圈会阻挡共模噪声，但不会阻挡差分信号。

对于有刷直流电机，低通滤波器的可能替代方案是共模扼流圈。当共模信号（相同的交流电流）通过共模扼流圈的每个绕组时，来自每个绕组的磁场叠加，因此阻抗显着增加。另一方面，当差分信号（相反的交流电流）通过每个绕组时，来自每个绕组的磁场将彼此相减，因此阻抗显着减小。

这就是共模扼流圈阻止共模噪声但允许差分信号通过的原因。

4. 更好的替代方案可能是单片 EMI 滤波器。

与共模扼流圈相比，单片 EMI 滤波器在更小的封装中提供了更强的 RFI 抑制能力。单片 EMI 滤波器还可以抑制更宽的频带，并且不受所需直流电流量的影响，因为它安装在分流器中（线路和“地”之间）。

EMI滤波器将两个平衡并联电容器组合在一个封装中，具有互感抵消和屏蔽作用。 Johanson Dielectrics 的这些滤波器利用单个设备内的两个独立的电气路径，连接到四个外部连接。

与其他 EMI 滤波器一样，单片 EMI 滤波器会衰减高于指定截止频率的所有能量，仅选择通过所需的信号能量，同时将不需要的噪声转移到“地”。

然而，关键是非常低的电感和匹配的阻抗。对于单片 EMI 滤波器，端子在内部连接到设备内的公共参考（屏蔽）电极，并且极板由参考电极分隔开。

单片 EMI 滤波器在 50 kHz 至 6 GHz 频率范围内有效，并且可过滤共模和差模噪声。该滤波器对直流电流量几乎没有限制，因为它被设计为与电机并联工作，并且没有直流电流流过它。

5. 不要忽视滤波对PWM信号的影响。

无论滤波器的类型如何，一个经常被忽视的因素是许多有刷直流电机都是由脉宽调制 (PWM) 信号控制的。

通过 PWM 信号，电压可以在几千赫兹到几十千赫兹之间以非常快的速度打开和关闭。提供的总功率基于开关打开时间与关闭时间的比较。 PWM 信号特别适合电机，因为电机的时间常数与 PWM 信号的周期相比非常长。这就是为什么有刷直流电机的工作方式就像将 PWM 信号的平均值施加在电源线上一样。

事实上，当您次在实验室测试电机时，EMI 滤波器可能表现良好，但当您在电源线上应用 PWM 信号时，一切都会发生变化。您想要滤除噪声，但又不想无意中滤除 PWM 信号。如果您没有选择正确的过滤器，电机甚至可能无法启动。