EEPW论坛

直流电机凭借其高效调速性能，广泛应用于汽车电子、智能家电及工业控制领域。然而，其运行时产生的电磁干扰（EMI）极易导致设备电磁兼容性（EMC）测试失败，不仅影响产品可靠性，更成为市场准入的技术壁垒。尤其随着新能源汽车电控系统复杂度提升，直流电机的EMC性能直接影响整车电子系统的稳定性。如何精准识别干扰源，并根据电机功率等级制定经济高效的整改方案，成为工程师面临的核心挑战。

1、直流电机的电磁干扰主要源于两大核心因素：

（1）换向器与碳刷的电弧噪声：换向过程中碳刷与换向片频繁通断，产生高频电弧噪声，其频率范围可覆盖几十MHz至GHz级别，是超高频辐射超标的主要原因；

（2）电流瞬变干扰：电机启停或负载突变时，电流的快速变化（di/dt）通过电源线耦合形成传导干扰，同时通过空间磁场辐射影响周边电路。

2、这些干扰通过两条核心路径传播：

（1）传导路径：干扰电流通过电源线、控制线等线束耦合至电网或其他设备，主导150kHz-30MHz频段。例如刮水电机在电刷换向时，相连线束上可检测到显著的传导噪声；

（2）辐射路径：高频噪声以空间电磁场形式辐射，在30MHz以上频段（尤其是200MHz-2GHz）表现显著。实测表明，无刷直流电机的PWM控制会产生3～18次高次谐波，进一步加剧辐射复杂度。

直流电机的功率等级直接影响EMC整改的技术路径与资源投入。依据功率范围适配差异化方案，可避免“过度整改”或“整改不足”的典型误区。

1、小功率直流电机（<100W）：低成本滤波主导

小功率电机常见于家用电器（如电动牙刷、小风扇），其整改核心是低成本、高集成度设计。典型措施包括：

（1）π型滤波电路：在电源输入端串联电感（2.2-10μH）并并联X电容（0.1μF），直接抑制传导噪声；

（2）单点接地优化：避免复杂地环路，降低PCB布局噪声；

（3）局部屏蔽强化：对换向器区域采用铜箔包裹，成本增加不足0.5元，辐射可降低5-10dB。

2、中功率直流电机（100W-1kW）：多技术协同

此功率段覆盖工业设备（如电动工具、水泵），需平衡屏蔽效能、散热与滤波深度：

（1）多级滤波架构：在电源端叠加共模电感（如BDL系列）与Y电容（1-10nF），覆盖宽频噪声。例如电机正负极对机壳加装2.2nF Y电容，可衰减30MHz以上共模干扰；

（2）散热集成屏蔽：IGBT散热器通过铜编织带多点接地，同时使用绝缘导热垫阻断寄生电容耦合；

（3）高频磁环应用：在输出线束套纳米晶磁环，针对150MHz-1GHz频段插损可达20dB以上。

3、大功率直流电机（>1kW）：系统性解决方案

电动汽车驱动电机等大功率系统需综合解决传导、辐射、散热与结构强度：

（1）母排结构优化：采用叠层母排设计减小环路面积，辐射噪声降低可达15dB；

（2）主动频率控制：通过软件动态调整PWM开关频率（如专利CN117879444A方案），避开敏感频点，减少硬件滤波依赖；

（3）宽频吸收器件：定制纳米晶磁环配合铁氧体磁珠，覆盖高频段（>500MHz）噪声吸收。

某车载座椅电机在GB18655-Class5测试中，30MHz-2.5GHz频段辐射超标。通过近场探头定位，确认噪声源为换向器电弧及电源线束辐射。整改分三步实施：

1、源头抑制：在电源端并联BDL0805S110V101T宽频滤波器（插损30dB@110MHz），并增加5pF高频电容抑制2.3GHz谐振点；

2、路径阻断：电机外壳用铜箔包裹并多点接地，控制板与驱动板间通过铜编织带强化接地连续性；

3、验证结果：辐射余量提升超10dB，全频段通过Class5测试，单台成本增加仅12元。

直流电机EMC整改需遵循“源头抑制—路径阻断—末端防护”系统原则。基于功率适配策略外，还需关注三大方向：

1、设计前瞻性：利用ANSYS HFSS等仿真工具预判干扰热点，优化PCB分区布局（如驱动电路与MCU隔离）；

2、模块化预留：在电机端子和控制器接口预留磁环安装位及电容焊盘，便于迭代调试；

3、测试迭代闭环：分阶段预测试，优先解决传导干扰（150kHz-30MHz），再处理辐射高频段。

未来，随着第三代半导体（SiC/GaN） 和AI仿真技术的普及，直流电机EMC整改设计将从“被动整改”转向“主动预防”。例如通过实时监测负载变化动态调整PWM参数，实现EMC性能与效率的协同优化。唯有构建从设计到测试的全流程管控体系，方能在严苛电磁环境中赢得技术竞争优势。