工业旋转变压器传感应用的电气设计要素

小化回环面积，以便接地可以为信号返回路径提供尽可能低的阻抗

2.机械设计：

a.使用铠装的电缆和连接器（例如DB-9铠装连接器）

b.布线：最小化驱动器和感测器部件之间的电缆长度

c.使用铠装双绞电源和控制电缆来避免干扰

d.使用双铠装来降低辐射干扰

变速驱动器的电磁干扰免疫力要求

TI工程师测试IEC61800-3标准来获取环境规范（表1）。该设计使用铠装连接器和铠装电缆（长度>30m）。标准的定义见表2。

环境2
连接器 测试对象 基准 水平 标准

柜/箱 ESD IEC61000-4-2 4kV (8kV) CD or 8kV (15kV) AD 1) B

辐射RF IEC61000-4-3 80-1000MHz, 10V/m, 80% AM (1kHz) A

控制信号和DC辅助电源接口 <60V EFT IEC61000-4-4 ±2kV (4kV)/5kHz，电容耦合 B
浪涌1,2/50us, 8/20us IEC61000-4-5 ±1kV (2kV)：铠装电缆（2Ohm/500A）；最小长度：20m B

传导RF IEC61000-4-6 0.15-80 MHz, 10V/m, 80% AM (1kHz) A

表1：IEC61800-3规定的变速驱动器的EMC规范

等级 性能（通过）标准
A 该模块应像预期的那样持续运行。甚至在测试时没有功能或性能缺失。

B 暂时的性能降级可以接受。测试后，该模块应像预期的那样持续运行且不需要手动干预。

C 在测试过程中，在不损坏硬件或软件的前提下，功能缺失可以接受。测试后，该模块应在手动启动或关闭后能像预期的那样持续运行。

表2：IEC61800-3通过性能标准

EMI结果来自哪里？

任何高dl/dt或dV/dt都可能作为电磁干扰（EMI）的重要潜在源头。电子信号的EDGE率可以产生谐波和互调失真。例如，一边10ns的EDGE率和另一边1ns的EDGE率导致10MHz的方波。这展示了增加的谐波含量如何伴随具有更快Edge Rate的方波。使用等式1作为一个计算特定Edge Rate下的谐波频率范围的一般公式：

(1)

根据该公式，10nsEdge Rate对应的谐波频率大约为31.8MHz。图3显示：最后一个重要的谐波频率为30MHZ。同时，1ns的Edge Rate对应的谐波频率318MHZ（图2）。如果频率范围扩展到300MHZ以外，显示的谐波仍很明显，但却在相关频率上迅速变小。

图 2：10MHz方波频谱

图 3：31.8MHz方波频谱

这些方法可以帮助降低噪音对旋转变压器系统精度的整体影响：

1.使用差分信号帮助减少电缆中的电气噪音

2.铠装线缆噪音在影响传感器电路和产生误差之前传入地下

3.在RDC结构中使用的模拟前端（AFE）可以过滤掉共模噪音

4.争取获得具有尽可能低阻抗的接近完美的接地方式

5.尽可能缩小扮演EMI天线角色的环路

屏蔽和过滤

所有导电的部件，如电缆、地、金属外壳等，可以传播辐射。电缆的转移阻抗必须在频率达到100MHz的范围内低于100 mΩ/m。最高的屏蔽效果可以使用金属导管或波纹铝屏蔽层实现。电缆路径越长，要求的转移阻抗越低。可以在信号电缆中使用共模电感器，以在一个特定功率上抑制共模干扰。一个理想的共模电感器不会一直差模信号。Faraday Cage（法拉第笼）技术是另一个常用的控制辐射干扰的方法。

图 4：抑制共模噪音的扼流实例

结论

工业电机位置传感应用中的独特高精度与噪音挑战，可以通过全面的设计考量和仔细的电子元件选择来解决。设计旋转变压器时，设计师应考虑系统稳定时间的规范、有关EMI/EMC的芯片性能以及这些因素如何影响整体的系统精度。