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TMS320LF2407A电机控制板的

时间:2017-11-17 16:41:00   来源:本网   添加人:admin

  随着控制技术和电力电子器件的发展,数字控制已成为电机控制系统发展的必然趋势。在电机控制方面,数字控制系统以其较高的可靠性、较好的可扩展性,受到业内人士的青睐。其核心控制芯片较多采用电机控制专用芯片TMS320LF240X系列芯片,该系列DSP控制器将实时处理能力和控制器的外设功能集于一身,简化了控制系统的设计,提高了工作效率。TMS320LF2407A的电平低、频率高、灵敏度高且对电磁干扰信号非常敏感,因此抑制电磁干扰成为控制电路设计和应用必须重点考虑的问题,也是控制系统可靠性的关键因素之一。

  要来源及对策电子电路的电磁兼容能力在很大程度上取决于所选用的元器件及其相互联接的方式。在不考虑信号完整性的前提下,控制电路的EMI来源主要有电源网络和高频信号线两种。

  2.1电源网络噪声AI噪声)2.1.1电源噪声在高频数字系统中,当器件处于开关状态时(即输出高低电平的转换),将产生电流尖峰信号,这种电流尖峰信号幅值随着数字信号频率的提高和上升时间的缩短而增加;在模拟系统中,当负载电流变化时也将产生电流尖峰信号。这种尖峰信号中含有大量的谐波成分,一般将最高谐波频率作为影响信号电气特性的临界点。最高谐波频率为:流过高频电流,就产生与高频电流成正比的电压噪声。

  择导线宽度为0.13腿(即50瓜1!),其、=0.16谢(每厘米的电感),那么当导线流过上述频率成分的瞬态电流It0.05A)时,产生的电压为:可见即使长度1cm的导线也会产生很大电源噪声,为此如何抑制电源噪声成为该控制板设计的关键因素。

  2.1.2解决措施抑制电源噪声常采用的方法是加旁路电容、铺设电源和地平面,最大限度地减少电源与地之间的阻抗,并为高频谐波电流提供低阻抗回路。旁路电容理论公式如下:峰值电流,AV为电源电压容许变动的范围;AT为过渡电流的脉宽。但是根据经验,旁路电容值的选择一般为PCB板上所有负载电容的50倍到100倍。

  2.2高频信号间的串扰噪声串扰噪声形成的根本原因是信号变化引起周边的电磁场发生变化,特别是对于高速信号,信号的上升和下降沿的时间可以达到ns级,高频分量非常丰富,信号线之间的寄生电容和电感容易成为串扰信号的耦合通道。由于信号线上分布着电感分量和电容分量,因此整个信号之间的串扰由两部分组成,即容性耦合干扰和感性耦合干扰。容性耦合干扰是由于干扰源上的电压变化在被干扰对象上引起感应电流从而导致的电磁干扰;而感性耦合干扰则是由于干扰源上的电流变化产生的磁场在被干扰的对象上引起感应电压从而导致的电磁干扰。感性串扰的计算公式为:容性串扰的计算公式为:2.2.1印制线的长度和间距对串扰噪声的影响印制电路板基材与两面印制导线可看作一个电容器,其电容可用平板电容器的计算公式粗略地计算。

  介质厚度,为层压板的相对介电常数。当串扰信号线之间的平行长度增加时,将增加两线之间的重叠面积,因此两线之间的耦合电容会增加,从而增大串扰数值。同理,当两线间的间距减少时,两线之间的耦合电容也会增加,从而增大串扰。

  2.2.2信号频率对串扰噪声的影响在串扰效应中,串扰噪声随信号频率的增加而增大,除了信号传输频率本身的影响之外,还有信号的上升沿和下降沿的时间对其产生的影响。边沿变化越快,串扰噪声越大。

  2.2.3解决措施串扰噪声与信号频率成正比,在数字电路中,信号的上升沿和下降沿的时间对串扰噪声的产生影响最大,边沿变化越快高频分量越丰富,串扰噪声越大,因此尽量少使用dV/dT高的信号。在高速的电路板设计过程中,可以使用低电压差分信号和其它差分信号。

  在布线空间允许的条件下,可以在串扰较严重的两条线之间插入一条地线或地平面,起到隔离的作用,从而减小串扰噪声。

  加大信号线的间距,减小信号线间的平行长度,必要时可以凹凸方式走线。

  对于速率比较高的信号线,可以将其走线经过的微带线和带状线控制在地平面8mil距离内,这样可以大大减小串扰噪声。

  3 TMS320LF2407A电机控制板噪声抑制实例3.1电源噪声抑制措施统,既有5V电压,又有3.3V电压,针对这两种电压系统分别铺设相应的旁路电容,减少电源噪声。

  时钟电路V电压系统选择一个47rf电解电容、三个0.1rf的高频陶瓷电容,3.3V选择两个47yf的电解电容、20个0.1rf高频陶瓷电容,并铺设5V电源平面、3.3V电源平面和地平面。

  3.2高频信号间的串扰噪声抑制措施TMS320LF2407A电机控制板的高频信号线主要包括时钟信号线和外扩存储器的地址线和数据线,其上升时间都在ns级。对于时钟信号线采用如所示的设计以减少噪声。

  中,在晶振的电源端接磁珠Bead)和旁路电容C1)可减少晶振对电源的噪声,在时钟线路串阻尼电阻R1以增大时钟的上升时间,减少时钟线的高频辐射,在2407A的PLLVCCA管脚和电源间接T型滤波器Fe=10MHZ),并在与其最近的VSS之间加旁路电容C3可最大限度地减少CPU时钟的波动,且在布线时使时钟回路面积尽量小,在晶振下不铺设任何数据线。对于外扩存储器的地址线和数据线,在设计布线允许的范围内,尽量缩短,最好采用直线或45°折线。在地址线、数据线、片选信号线、读写控制线共34条)之间铺设33条保护地线,保护地线的两端与地连接,且每2cm左右要打过孔与地层相连。这样就基本上实现了电机控制板的电磁兼容。

  4结论本文分析了TMS320LF2407A电机控制板噪声的来源并给出了相应的抑制措施。实验结果表明,TMS320LF2407A电机控制板工作可靠、稳定,达到了预期的设计目的。