摘 要：介紹了工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的EMC標(biāo)準及試驗內(nèi)容，詳細分析了元器件選擇、電路設(shè)計、PCB設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、接地方式選擇等設(shè)計中改善電磁干擾的問題，研究并提出了驅(qū)動器工業(yè)現(xiàn)場的EMI抑制措施，對工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器產(chǎn)品EMC設(shè)計及使用具有良好的實用參考價值。

關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動器；EMC；電磁干擾；抑制措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.021

1 引言

工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器大部分都運行在惡劣的電磁環(huán)境中，內(nèi)部的控制電路包括主控芯片、電流采樣電路、編碼器電路等都會受到外界的電磁騷擾；同時，工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的功率驅(qū)動單元在AC-DC-AC變換過程中，容易對其他電子設(shè)備進行騷擾。本文在介紹工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的EMC標(biāo)準及內(nèi)容基礎(chǔ)上，對工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的EMC設(shè)計及現(xiàn)場使用等進行全面分析和研究，提出具體的設(shè)計和使用注意事項。

2 工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的EMC標(biāo)準及試驗內(nèi)容

國內(nèi)對工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的EMC測試標(biāo)準可參考國標(biāo)GB12668.3-2012《調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第3部分：產(chǎn)品電磁兼容性標(biāo)準及特定的試驗方法》。按照調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)使用環(huán)境的不同，劃分為一類和二類環(huán)境，一類環(huán)境是指直接連接到民用低壓供電電網(wǎng)上的系統(tǒng)，二類環(huán)境是指在工業(yè)環(huán)境里使用的系統(tǒng)。工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器屬于工業(yè)產(chǎn)品，以二類環(huán)境標(biāo)準要求來定義伺服驅(qū)動器的EMC測試。工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的EMC試驗主要包括抗擾度和電磁發(fā)射騷擾，其中抗擾度又分為電快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌、射頻電磁場輻射、射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾、電壓跌落、短時中斷和變化試驗。驅(qū)動器電磁發(fā)射騷擾試驗包括電源端傳導(dǎo)發(fā)射試驗及電磁輻射發(fā)射試驗。

3 工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的EMC設(shè)計

工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器作為一種電機控制系統(tǒng)，如果設(shè)計前期未考慮EMC，在產(chǎn)品批量之前再解決EMC問題，將會使設(shè)計成本大大增加，所以，在設(shè)計階段就需要對EMC進行全方位的分析和設(shè)計。下面將對影響伺服驅(qū)動器EMC性能方面進行說明，包括元器件選擇、電路設(shè)計、PCB設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、接地方式選擇。

元器件選擇時的注意事項主要包括：①選擇靜電防護性能較好的器件，防止靜電對器件的損害；②選擇鐵氧體磁珠作為高頻信號濾波元器件。

電路設(shè)計：①選擇合適的壓敏電阻、XY電容和共模電感，以應(yīng)對浪涌電壓的沖擊；②設(shè)計合適頻率的開關(guān)電源，防止開關(guān)電源對其他電路的騷擾；③對輸入輸出口、通訊信號線等外部接口信號加TVS器件，防止靜電對驅(qū)動器接口器件的損害。

PCB設(shè)計：①將控制電路和驅(qū)動電路分別布在不同的PCB上，減少系統(tǒng)內(nèi)部的大di/dt騷擾；②在成本允許的情況下，盡量采用4層或6層PCB；③無論是供電環(huán)路或者信號環(huán)路，電流的環(huán)路面積越小越好；④差分信號要走得盡量近一些，且要等距離走線；⑤模擬地作為驅(qū)動器電流采樣基準，不能收到任何騷擾，必須將模擬地和數(shù)字地分開；⑥對于以太網(wǎng)、DDR等高速信號，需要注意阻抗匹配；⑦晶振走線要短，且晶振下方不要走其他信號線；⑧對于重要的信號線，可以通過包地的方式；⑨靠近各個芯片的電源管腳放置去耦電容。

軟件設(shè)計：①驅(qū)動器的開關(guān)頻率要盡可能的小，一般情況下，開關(guān)頻率越大，驅(qū)動電路對外發(fā)射的電磁騷擾越強。②利用冗余技術(shù)，屏蔽騷擾信號，比如多次采集輸入、判斷，以提高輸入的可靠性；多次重復(fù)輸出及判斷，提高輸出的可靠性。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計：①如果外殼是金屬材料，需要保證外殼的可靠接地。②對控制電路比較敏感的部分可使用屏蔽罩進行屏蔽處理。

接地方式：①選擇合適的接地點，使環(huán)路電流、接地阻抗最小。②伺服驅(qū)動器內(nèi)部所有接地距離要短，以便能夠快速將騷擾能量泄放。

4 工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的現(xiàn)場應(yīng)用

在很多使用工業(yè)機器人的工業(yè)現(xiàn)場，由于不重視電磁騷擾問題，經(jīng)常會出現(xiàn)工業(yè)機器人驅(qū)動器運行不穩(wěn)定的現(xiàn)象，浪費大量的時間和精力用于查找和解決問題，導(dǎo)致事倍功半。

通過對工業(yè)機器人驅(qū)動器的電磁騷擾分析和研究，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境以及現(xiàn)場調(diào)試總結(jié)的一些經(jīng)驗，歸納了以下4個改善工業(yè)現(xiàn)場伺服驅(qū)動器電磁騷擾的方法：

（1）濾波法。在伺服驅(qū)動器的電源進線端，增加電抗器和EMI濾波器，用于降低伺服驅(qū)動器產(chǎn)生的諧波，以減少電源傳導(dǎo)騷擾。

（2）接地法。確保工業(yè)機器人電氣柜中具有公共接地點，所有伺服驅(qū)動器通過短而粗的接地線連接到公共接地點上。

（3）屏蔽法。編碼器信號線、模擬信號線、通信線必須使用帶有屏蔽的雙絞線，電機動力線最好也采用屏蔽電纜，抑制電磁波的輻射和傳導(dǎo)。

（4）隔離法。電機動力線與其他弱電信號線分開走線，防止驅(qū)動器輸出電壓的快速變化產(chǎn)生的電磁輻射干擾電機編碼器信號線和通信線。

因此，工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用是一個系統(tǒng)工程，需要兼顧考慮多方面因素，任何一方面考慮不周就可能導(dǎo)致伺服驅(qū)動器工作性能不穩(wěn)定，導(dǎo)致整個機器人工作性能降低甚至停止工作。

5 結(jié)論

本文介紹了工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的EMC測試標(biāo)準及具體測試內(nèi)容，闡述了伺服驅(qū)動器EMC設(shè)計的具體內(nèi)容，對機器人工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用進行分析和總結(jié)，歸納了幾點工業(yè)現(xiàn)場使用機器人伺服驅(qū)動器抗干擾的方法，對工業(yè)機器人伺服驅(qū)動器的EMC設(shè)計及現(xiàn)場應(yīng)用具有較好的使用參考價值。

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作者簡介：周洲（1981-），男，碩士，工程師，研究方向：電機控制。endprint