降低直流电动机的噪音


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我正在设计一个使用直流电动机12V直流可逆齿轮减速电动机-70RPM 以及其他一些东西(包括MCU和激光)的电路,它们全部由单个12V电源驱动,并且担心电动机产生的大的HF噪声纹波(电气的而不是辐射的)但同时减少两者无害)。

之前我没有对电动机进行太多的工作,但是通过阅读该社区中的文章以及在互联网上的其他地方进行搜索,似乎有一些技术可以解决这种噪音,我想知道是否可以得到一些有根据的回应关于我所遇到的一些技术的有效性和弊端。

  1. 小型电容器(1或10nF)以各种组合方式跨接在端子之间,包括Vcc / Gnd之间,两个Vcc / Gnd之间,中间连接到外壳外部,以及上述两个的组合。如果电动机需要双向运行,则为非极性。

  2. 将电动机的外壳直接接地。

  3. 扼流电感与电动机的Vcc串联。

  4. 在电动机附近采用更复杂的过滤拓扑。

  5. 扭绞并屏蔽电动机电缆,并将其与电路的其余部分物理隔离。

  6. 将电动机的接地与电路其余部分的接地分开,并尽可能将其直接连接到电源的端子上(如果没有,请尽可能靠近地连接),以避免接地回路问题(星形接地?)

  7. 将电动机物理上封闭在金属外壳内(并将该外壳接地)。

  8. 使用大型(1000uF +),低ESR的电解电容器,它们应尽可能靠近其Vcc和Gnd(阳极至Vcc,阴极至Gnd)之间的其他敏感设备连接,或者在所有线路上将这些大电容器置于电源旁边领先。

  9. 通过线性稳压器运行其他一些设备(不确定它们是否特别擅长抑制HF噪声)

  10. 在电源旁放置二极管,以连接不同的线路,从而连接到不同的系统。

寻找有关上述技术有效性的通用答案,也许更多地关注防止直流电动机噪声的问题,而不是针对该电动机的特定项目,因为该项目实际上已经结束,现在我很好奇,并认为拥有此信息将很有用一站式提供给将来的项目和其他感兴趣的人。


电机需要什么电压和电流?
Dwayne Reid 2015年

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这是一个很好的清单。警惕#8:从电路上断开电源后,Vcc上的电容过多会使微控制器保持长时间供电。当您想重新启动产品时,这尤其麻烦。您关闭电源,等待几秒钟,然后将其重新打开,但微控制器实际上从未复位……
bitsmack 2015年

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如果要考虑的是HF噪声,则电容器不必很大。它们的确需要尽可能地接近所保护的设备(在规定DIP的情况下,对于某些通常在封装上始终具有电源和接地的股票系列,它们都内置有电容器的插座。)0.1uF是一个典型值,IIRC。如果使用大型电容器,则主电源更为合适,电源上的指示灯LED将有助于“实际断电”,如@bitsmack
Ecnerwal

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实际上,大型电容器也可能无法通过HF。传统将较大的电容与较小的电容(十倍或更多)并联,以获得更高的频率路径。
XTL

1
另一个要点是电动机是开/关还是使用PWM。您将需要在切换时考虑滤波器对电机和桥负载的影响。大多数过滤器是无害的,但可能会在整个电动机上形成较大的上限。
XTL

Answers:


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即使电路不受影响,也应始终在电动机端子上放置一个电容器,因为电刷电弧会产生射频噪声,从而可能干扰其他设备(例如AM收音机)。通常的建议是安装两个0.1uF陶瓷电容器,每个电动机端子与外壳之间连接一个电容器。这样可以将外壳“接地”到射频,而没有暴露的直流连接的危险。

对于电源抑制能力较差的敏感设备,纹波可能是个问题,但通常的滤波电容器和调节器通常会消除它。另一个问题是启动电动机时出现的电流尖峰和电压骤降。该电动机的失速电流仅为390mA,因此只要您能够使用12V电源就可以使用,则不必担心。只需确保将电动机及其控制电路直接连接到电源,然后将单独的电线连接到其他设备即可。


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关于减少噪音的要点:

  1. 小型电容器(1或10nF)

没错,除了提到电容器的极性:电容器必须是陶瓷的,设计用于在高频下工作,即使电动机只能在一个方向上工作,也不能电解或造纸。这些电容器应尽可能靠近电动机,如果使用PWM驱动器,则应靠近电动机驱动器。

使用大型(1000uF +),低ESR的电解电容器,它们应尽可能靠近其Vcc和Gnd(阳极至Vcc,阴极至Gnd)之间的其他敏感设备连接,或者在所有线路上将这些大电容器置于电源旁边领先..

主要在电动机的启动/停止/反转期间,最有可能使用大电容只会部分有效。更好的噪声保护是-为电源电路和控制部分制造单独的电源,即使它们都要求相同的12V。您的第9页正是关于此的。

扭绞并屏蔽电动机电缆,并将其与电路的其余部分物理隔离。

电机(通过电缆和空气)传播的噪声的主要原因是电刷着火。因此,如果您的电动机不是全新的,请检查电刷和连接器的状况,并在需要时研磨连接器。

还应将您的电线拓扑规划为带有光线(方案的一部分)的星形(电源位于中心),并尝试避免制造包含消费者的链条。

星:

消费者2 <---电线-> PowerSupply <---电线->消费者1

链:

电源 <---电线->使用者1 <---电线--->使用者2


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电动机的电流相对较低,因此,除非您的电动机模型很好,否则最好的方法是实验性的。

在板上留出扼流电感的空间。将小电容器直接焊接在电机端子上。在为电动机驱动器供电的电源线上进行足够的去耦。

然后尝试使用电容器和扼流电感的一些值,并用示波器(或频谱分析仪,如果有的话)测量电源上的噪声。


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尚未提及的几点。

  1. 从电桥到电动机的整个电源路径必须仔细屏蔽。屏蔽应尽可能连接到电动机的外壳上。在您的板上,屏蔽层必须通过电容器接地,并且在系统中的某个位置应将其直接接地。
  2. 在电桥附近,您应具有输入电容器以在开关期间提供电源。我的意思是小盘快速反应,几个大盘即使在电流峰值时也具有足够的能量来保持电压。通常是数百微法拉。
  3. 在电源线上使用性能更好的滤波器的共模扼流圈,实际上仅允许直流电流。所有的开关效果都必须限制在通往电动机的电桥和电缆上。
  4. 当然,良好的布局非常重要。总是想一想电流流向何处,减小磁通量,请记住,在开关系统中,不仅开关的是电机电流,还包括桥式晶体管的栅极,升压电容器,有时还包括其他器件。

电缆周围的铁氧体也是一个好主意。

祝好运!



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同样在这里,我发现廉价无人机确实很糟糕,通常这是罪魁祸首。真正奇怪的是,它通常不会比其余的弱,但添加陶瓷电容器会大有帮助。我发现物理上更大的部件似乎更可靠,最终使用了旧的平板LED背光PCB上的部件。

同样重要的是,这有助于解决“疯狂的无人机疾病”,这通常是RF干扰问题。

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