抑制电机噪声的又一神器 -- 三线共模电感

1. 概述

针对电机产品，尤其是三相无刷电机，如图1，其噪声源主要是电机的开关驱动模块（具体可参阅另一篇文章“”），而一般的等效天线即为连接电机与驱动板的电机线（等效天线、四分之一波长的理论解释可以关注我司抖音号或微信视频号观看相关的短视频介绍）。

图1 无刷电机驱动模块产生噪声

针对电机驱动的噪声抑制，常用的手段有：

• 在开关模块加RC来延缓开关信号的上升沿、或降低开关信号的过冲/高频噪声等，或者直接针对输出的开关信号继续滤波（如图2）；
• 或者在电机的驱动线缆上绕磁环的方式进行抑制（如图3）；

图2 电机驱动模块限流或滤波

图3 电机驱动线上绕磁环

但这些措施或多或少对电机的有用信号会产生影响，或者影响驱动开关的效率、增加开关管的发热量等；另外在电机线缆上绕磁环也会影响产品的机械可靠性。所以有些情况下会利用共模电感（滤波共模噪声、而对差模有用信号影响小）的优良特性进行滤波。但针对三相无刷电机，其三相驱动信号若加普通共模电感的话至少就需要3颗器件，这个时候，就可以用到三相共模电感这种神器了。

2. 比创达整改实例：

如图4为无刷电机产品未整改前的初始RE测试结果，最大超标近6dB：

图4 某无刷电机产品RE测试超标

从测试频谱图看，100MHz附近的大包像是典型的电源开关噪声类噪声产生的辐射，现场定位分析，噪声源也确实是电机的开关驱动模块所产生的噪声；

现场通过在驱动模块开关管栅极加RC、驱动输出加电容滤波，可以将噪声水平降低一些，但裕量仍是不足，且电机的转动似乎已有些不正常，此方案不可行。且因为结构限制及可靠性要求，客户也不同意在线缆上绕磁环。

图5 电机驱动输出串入三相共模电感

又由于PCB板的空间有限，大的共模电感摆放不下，所以采用一颗三相共模电感（BWCF1243P500L4A5）解决问题。如图5，三相共模电感串在电机的驱动信号输出与电机负载端之间（此为现场整改的临时方案，后续需改板、将此器件直接布局在PCB之上）。串入三相共模电感后测试裕量在10dB以上（如图6），效果立竿见影。

图6 串入三相共模电感后的RE辐射水平

3. 器件特性进一步分析：

如图7，是BWCF1243P500L4A5三相共模电感中的两组共模线圈的共模和差模插损曲线，可以看出该器件的共模插损有效区间较宽（-20dB @ 1.5MHz ~ 3GHz），在30M~300MHz范围内均有40dB的插损，而我们产品的实际噪声范围（65M~200MHz）刚好落在器件的高插损范围内，所以此器件用上后，产品噪声水平明显下降。

图7 BWCF1243P500L4A5的插损参数

如图8和图9，是普通共模电感和三相共模电感的应用对比，可以看出三项共模电感使用起来更方便，一颗器件实现了3颗器件的功能，简化了原理图设计、节省了布局布线空间。

图8 普通共模电感vs三相共模电感（原理图）

图9 普通共模电感vs三相共模电感（布局布线）

如图9，因为多颗共模电感在3组信号线上应用时的布局布线的局限性，可能会存在未经过滤波的信号线上的噪声又耦合到已经滤过波的较干净的信号线上，形成“二次污染”，导致实际的滤波效果大打折扣；而三相共模电感只有一颗器件，若布线合规，输入输出可基本做到相对隔离、不同信号线间的耦合干扰也不影响最终的滤波效果。

4. 小结：

• 常规的三相无刷电机的主要噪声源来自驱动模块的开关噪声，所以常规的噪声抑制设计包括：开关管栅极RC滤波，驱动输出滤波等。
• 共模电感因其高效的共模抑制能力、较小的差模损耗，也常常用来对有用信号内包含的噪声进行抑制，保证滤除共模噪声的同时不损伤差模有用信号。
• 三相共模电感可以看作是为三相无刷电机量身定做的滤波器件，利用1颗器件可替代常规的3颗器件，节省空间、节省成本还能提高产品可靠性。