亚州中文字幕精品科技解讀家用（yòng）電器電磁兼容性設（shè）計

當（dāng）前，電（diàn）子信息技術日新月異，數字（zì）化浪潮（cháo）波濤洶湧，而網絡（luò）時代的到來又會給家（jiā）電產業帶來一個全新的（de）、廣闊的（de）市場。21世紀家電產品的概念（niàn）還會擴大和延伸（shēn），所以我（wǒ）們對未來我國家電製造（zào）業的發展充滿信心。然而，這一切（qiē）都建立（lì）在一個重要基礎之上（shàng），即家用電器的電（diàn）磁兼容性設計（jì）。

 1、家用電器電（diàn）磁騷擾對電磁環境的影響

近年來，隨著科（kē）學技術（shù）的發展，家用（yòng）電器正（zhèng）迅速向（xiàng）節（jiē）能化、自動化、智能化、方便化、舒適化的趨（qū）勢發展。這樣（yàng），隨著家用電器品種越來越多，生產規模不斷擴大；同時，進口產品也（yě）充斥市（shì）場。另一（yī）方麵，隨著微電子控製技術的發（fā）展，電子家電產品大量湧現。由此而產（chǎn）生的電磁騷擾在（zài）對其它家用電器（qì）或電子設備的（de）正常使用和可靠性產生影響和危害的同時，也對人（rén）們的身體健康（kāng）造成了直接影響。目前，保（bǎo）護電磁環境，防止電（diàn）磁環境汙染，已引起世界各國及有關組織的普遍關注。特別是歐（ōu）共體理事會指令《各成員（yuán）國（guó）就有關電磁兼容性（xìng）的法律達成的共識》(89／336／EEC)於1996年1月1日進入實質性實施階段後，電子、電氣產品電（diàn）磁兼容性指（zhǐ）標合格與否更成為歐共體市場準入或市場流通的必要條件。隨著我國電磁兼容認證（zhèng）製度的建立和完善，我國電子產品，包（bāo）括家（jiā）用電器的電磁兼容性將會不斷提高，進而逐漸（jiàn）減小電磁（cí）環境汙染，保護廣大用戶的切身（shēn）利益。

按照家用電子對電磁環境產（chǎn）生影響的原因，可將家用電器分為以下幾種類型：

(1)由帶有換向（xiàng）器的（de）電動機在運轉過程中，電刷（shuā）與換向器接（jiē）觸形成火花而產生電（diàn）磁騷（sāo）擾的家用電器，如吸塵（chén）器（qì）、電吹風、電動縫紉機、食品攪拌器（qì）、電動剃（tì）須刀等；電磁騷擾是（shì）指任何可能引起其它家用電器或電子（zǐ）設備（bèi）性能降低或（huò）對人體健康產生損害作用的電磁現象；

(2)由於（yú）頻繁的開關動作而（ér）產生電磁騷擾的（de）家用電器，如（rú）電飯堡、電熨鬥、電烤箱、電冰箱、洗衣機等；

(3)啟動時可能引起低壓配電網各項指標下降，導致其（qí）它家用電器或電子（zǐ）設備不能正常運（yùn）行的家用電器，如（rú）空調（diào）器（qì）啟動時所需的大電流會使電網電壓暫時下降（jiàng），電（diàn）動機或電感性鎮流器等（děng）電感性負載啟動時會導致電源功率因數下降，變頻調速（sù）式空調器中的電力電子器件還會產生（shēng）電源諧波等；

(4)帶有可控矽器件（jiàn）的家用電器，如電子調光燈、電風扇多功能控製器等，會產生高次諧波騷擾；

(5)各種氣體放（fàng）電燈，如熒（yíng）光燈（dēng）等氣體放電時形（xíng）成的等離子體，會產生電磁騷擾；

(6)帶有（yǒu）微處理器的家用電器，如模糊類家電、帶遙控的家電、全自動洗衣機、影碟機、組合音響、家庭影院、熱水器、微波爐等，它們所（suǒ）采用的二電平數字信號會（huì）引起電磁騷擾，而且，隨著時鍾頻率的不斷（duàn）提高，其騷擾頻譜可高達數百兆赫；

(7)微波爐、電磁灶、家庭影院（yuàn）功率放大（dà）器（qì）等所產生的電（diàn）磁能量泄漏，不僅會引起電磁騷擾，而且還將對人體（tǐ）健康造成危害。

家用電器產生的電磁騷擾如果超過國家標準規定的限值，就會造（zào）成電磁環境汙染。例如，騷擾收音機、電視機的收聽、收看；使（shǐ）計算機及其控製的（de）電器發生誤操作或（huò）丟失數據；使醫療器械如心髒起（qǐ）博器工作（zuò）失常等；對人體健康的影響包括出現血流加快、局部體溫升高、酶活性降低、蛋白質變性、心率（lǜ）改（gǎi）變、局部組織受損等，此外，還會對中樞神（shén）經係統、血液與免疫係（xì）統、心血管係統、生殖係統等造成（chéng）不（bú）良影響。

 2、家用電器的電磁兼容性

家用電（diàn）器的電（diàn）磁兼容性是指家（jiā）用電器在其電磁環（huán）境中能正常工作，不會造成性能降（jiàng）級，而且，不會對該電磁環境中任何事物（wù）構成不能（néng）承受的電磁騷擾的能力（lì）。這就是說，在複雜的電磁環境中，每台家（jiā）用電器除（chú）了本身要（yào）能抗住外來電磁騷擾，能正常運行以外，還（hái）不能（néng）騷擾其它家用（yòng）電器或電子設備的正常運行，不（bú）能對（duì）人體健康造成危害。這（zhè）就是家用電器（qì）電磁兼容性需要解決的問題。總之，家用電器一方麵應滿足國家標準所規定的（de）抗擾度限值要求，具有麵臨電磁騷擾（rǎo）不降低運（yùn）行性能的能力；另（lìng）一方麵又具有不產生（shēng）超過國家標準所規定的電磁騷擾限值的能力。電磁兼容性是家用電器（qì）的重要性能指標（biāo）之一，也是保證家用電器的質（zhì）量、實現家用（yòng）電器（qì）應有功能的重要手段。

3、家用電器電（diàn）磁兼容性設計

家用電器電磁兼容性設（shè）計的目的（de）就是要使家用電器具有電磁兼容（róng）性。這要從分析電磁（cí）騷擾源、騷擾耦合途徑和敏（mǐn）感電路入手，設計接地、屏蔽、濾波等防（fáng）護措施，在騷擾源處抑製電磁騷擾，切斷對電磁騷擾的耦合，增強敏感電路的（de）抗擾性等。經驗證明，在家用電器功能設計的初始階段，同（tóng）時進（jìn）行電磁兼容性設計，可以把電磁騷擾和抗（kàng）擾度等電磁（cí）兼容性問題解決在產品定型之前；如果等到產品（pǐn）定型以後，甚至等到生產階段或到了用戶手（shǒu）裏以（yǐ）後，發現問題才去解（jiě）決，非但將在技術上帶來很大難度，而且會造（zào）成人力、財力大大的浪費。所（suǒ）以，盡早解決電磁兼容性問題是十分必要的。那種不顧電磁兼容性，隻按常（cháng）規（guī）進行產品設計，然後對樣品進行電磁兼容性測試，出了問題再進行補救的做法，是一種非常冒險的做法，是*不可取的。

3．1家用電器電磁兼容性設計的關鍵是有源器（qì）件（jiàn）的選擇和印刷電路板設計。例如，數字電路是一（yī）種至常見的寬帶騷擾源，其上升／下降時間越短，騷擾頻譜越寬，高頻分量可延伸到兆赫以上。因此，在保證電路功能的同時，應選用較低的（de）脈（mò）衝重複頻率和較慢（màn）的上升（shēng）／下降時間。又如家庭影（yǐng）院的功放管是重要的電磁騷擾源，除了選用功（gōng）率適當的器件外，還應從諧（xié）波發射和亂真發射等技術指標方麵進行篩選。

 另一方麵，高速邏輯電路、高速時鍾電路、微處理器以及視頻電路等，既是（shì）潛在的電磁騷擾源，卻又很（hěn）容易被騷擾（rǎo），如果脈衝騷擾的強（qiáng）度超過該電路的噪聲容（róng）限（xiàn），就會產生誤動作。CMOS和HTL器件具有較（jiào）高的噪聲容限，應優選使用。

當數字電路工作時，將發生高、低電（diàn）壓之間的轉換，將引起瞬態地電流（liú）和瞬態負載電（diàn）流從電源流入（rù）電路或由電（diàn）路流（liú）入地線，使電源線或地線中的電流產生不平衡。由於電源線和地線存在不可忽略的電阻和電感，瞬態地電流和瞬（shùn）態負載電流（liú）流過電源線和地線時，會（huì）引發電源電壓的波動，嚴重時將幹擾其它電路或器件的工作，是傳導騷擾和輻射騷擾的初始（shǐ）源。為（wéi）此（cǐ），應（yīng）盡量（liàng）減小印（yìn）刷電路板電源線和地線的電阻和電感。例如，當脈衝電流的變化（huà）為30mA，上（shàng）升／下降時間為3ns，則（zé）騷擾帶寬可達（dá）100MHz。對於長10cm，寬1mm，厚0．03mm的印刷電路板導線，其阻抗為72．5Ω，所引起的電源電壓波動達2．1v；如果（guǒ）使用多層板中的一層為電源層（céng），另一層為接地層（céng），阻抗僅為3．72mΩ，電源電壓波動可減（jiǎn）小到100μv，對其它電（diàn）路或器件的工作幾乎不發（fā）生影響。當然，如果在印刷電路板上再安裝去耦電容來提供一個電流源，以被補償數字電路工作（zuò）時所產生的瞬態電流，將會取得更（gèng）好的效果（guǒ）。

為了控製差模輻射，還應將信（xìn）號線和回線緊靠在—起，減小信號（hào）路徑形成的環路（lù）麵積。因為信（xìn）號環（huán）路的作用就相（xiàng）當於輻射或接收磁場的環天線。由於接地麵存在阻抗（kàng）而存在地電位（wèi），即共模電壓，它能在外接電纜上激勵共模輻射。為了控製共模輻射，就應減小共模電壓，合理選擇接地點（diǎn）；也可采用板上濾波器或濾波器連接器濾除共模電流；當然，如果使屏蔽電纜的屏蔽層與屏蔽機箱構成完整的屏蔽體，也能達到（dào）抑製共模輻射的效果（guǒ）。此外，降低信號頻率和電平也是減小輻射的重要措施。為了進一步減小印刷電路板導線的輻射（shè），設計時還應滿足20H準則和（hé）2W準則。這裏H是印刷電路板兩層板之間的距離，即元件麵應比接地麵縮（suō）小20H寬度（dù），避免因邊（biān）緣效應（yīng）引起的輻射；W是印剛（gāng）電路板導線的寬度，即（jí）高頻或高速電路導線間距不小於兩倍導線（xiàn）寬度，以減小串擾。導線應短、寬（kuān）、均勻、直，如（rú）遇拐彎，應采用45°角，導線寬度不要突變（biàn），不要（yào）突然拐角。

應當注意，單麵板雖然製造簡單、裝（zhuāng）配方便（biàn），但隻適用於一般電路要求（qiú），不適用於高組裝密度或複雜電路的場合；雙麵板適用於隻要求中等組裝密度（dù）的場合；對於高（gāo）組裝密度（dù）或複雜電路，應優選多層板。這時，可將數字電路和模擬電路分別安排在不同層內，電源層和接地層相鄰，騷擾源單獨安排並遠離敏感電路；高速、高頻（pín）電路應靠近邊緣連接器。完成印（yìn）刷電（diàn）路板設計後（hòu），應使（shǐ）板上各（gè）電路都（dōu）能正常工作，不存（cún）在（zài）相互騷擾，能將騷擾發（fā）射降（jiàng）至低並且有良好的抗擾性。

3．2地線設計是重要的設計（jì），往往（wǎng）也（yě）是難度大的一項設計。家用電器的安全地，要提供對人身和家用電器的可靠安全保（bǎo）證，需（xū）做獨立的設計（jì）。信號地線則是信號流回（huí）源的（de）低阻抗路徑，類型有懸浮地、單點接地、多點（diǎn）接地以及混合接地，懸浮地容易（yì）產生靜電（diàn）積累與靜電放電，很少采用。由於地線不是理想的零（líng）阻抗，單元電路應當采用單點接地；多級電路（lù）接地點應選在低電平電路的輸入端，可減小（xiǎo）地電（diàn）位對電路的（de）騷擾；小信號高增益放大器的屏蔽罩也（yě）應單點接地，接地點應選在輸出端地線上，可以防止自激；複雜家用電器中（zhōng）往往包含多種電子線路和電機、電器等，這時（shí）應將地（dì）線分為信號地線、騷擾（rǎo）源地線、屏蔽罩地線、機殼地（dì）線等，分組敷設，後集中為（wéi）一條地線，可以克服各部分地線之間引起的騷擾。

多點接（jiē）地一般用（yòng）於高於10MHz的頻率範圍，以便（biàn）就近接地。但由於兩個不同的接地點之間存在地電壓，電路（lù）多點接地（dì）、並且電路間有信號聯係時，將構成地環路騷擾。地電壓將疊加在信號上一起加到負載端，造成差模幹擾。如果兩（liǎng）電路間的信號傳輸用兩根導線，則地電壓將加到兩根（gēn）導線（xiàn）上，由於這兩根導線對地的陰抗不等，地電壓在（zài）兩（liǎng）導（dǎo）線上產生的共（gòng）模（mó）電注大小不等，也將在負載兩端造成差模幹（gàn）擾。為了克服地環路騷擾，應將信號地線和機殼地線分（fèn）組敷設，先（xiān）互相絕緣，後再合一、使地環路阻抗增大，將地電壓大部分降在該阻抗上，加到導線上的那部分被大大減小。此外，還可以在（zài）兩電路之間插入隔離變壓（yā）器、共模扼流圈或光電耦合器等，切斷地環路，也可（kě）以取得良好的效果。

3．3屏蔽技術可以用來抑製家用電器中的（de）輻（fú）射騷擾。輻射騷擾是以（yǐ）電磁場與電磁波的形（xíng）式在空間傳播的，通常可用金屬材（cái）料或（huò）磁性材料把騷擾源包圍起來，使屏蔽體內外的“場”相互隔離。可以看到，屏蔽技術還可以（yǐ）用來保護家用電器中的敏感電路，免受外（wài）來的輻射騷擾。對於（yú）屏蔽作用的評價可以用屏蔽效能來表示，屏蔽效能即未加屏蔽前（qián）待測點的場強與加上屏蔽後，待測（cè）點的場（chǎng）強之比值。屏蔽效（xiào）能為屏蔽（bì）體反（fǎn）射損耗、吸收損耗和多次（cì）反射修正量之和。

對於高電壓、小電流的騷擾源，應采用近場電場屏蔽，即采用高導電率金屬屏（píng）蔽體並（bìng）接地；

對於低電壓、大電流的騷擾（rǎo）源，應采用近場磁場屏蔽，但不同（tóng）頻率時應采用不同的措施。直流或低頻時，可用鐵、矽（guī）鋼片、坡莫合金、合（hé）金等高導磁（cí）率材料製成屏蔽體，可以不接地。磁導率越高，屏蔽效能越高，增加厚度也會增加屏蔽效能（néng），但很不經濟，可（kě）以改用多層屏蔽。頻率（lǜ）較高時，由（yóu）於（yú）磁導率下降（jiàng）和磁損增加而不再適用，應采用高導電率金屬材料，如（rú）銅、鋁等（děng）。這時（shí），如果（guǒ）屏蔽體接地良（liáng）好，還可以同時屏蔽高頻電場。

敏感電路距（jù）離騷擾源較遠時，采用遠場電磁屏蔽（bì），即用高（gāo）導電（diàn）金屬材料製成（chéng）屏（píng）蔽體。家用電（diàn）器屏蔽機箱或屏蔽盒的材（cái）料一般可采用（yòng）銅板、鋼板（bǎn）、鋁板、鍍鋅鐵板等，厚度約為0．2—0．8毫米。由（yóu）於高（gāo）頻（pín）電流具有集膚（fū）效應，在工程（chéng）塑料機箱上噴塗一層導電漆，就能起（qǐ）到良好的屏（píng）蔽作用。但實際機箱總有各種大小的孔、縫和開口，都可能造成騷（sāo）擾（rǎo）的耦合。為此，可采用導（dǎo）電（diàn）襯墊、金屬絲網、截止波導管、截止波（bō）導通風板、導電玻璃視窗等，改（gǎi）善屏蔽效能。

3．4濾波技術可以用來抑製家用電器中傳導騷擾的傳輸，而使需要的頻率分量順利通過。所使用的濾波器（qì）的重要特性用頻率特性，即插入損耗隨頻（pín）率的變化來表征。插入損耗定義為信號源不接濾波器、直接加在負載上的電壓，與信號源通過濾波器後加在（zài）負載上的電壓的比值。能無衰減地通過濾（lǜ）波器的頻率範圍稱為通帶，而受到很大衰減的頻率範圍稱為阻帶。抑製（zhì）傳導騷擾的濾波器有（yǒu）反射式濾（lǜ）波器（qì）和吸收式濾波器（qì）等。

反射式（shì）濾（lǜ）波（bō）器（qì）是由電（diàn）感（gǎn）、電容等（děng）元（yuán）件組成的低通濾波器，在（zài）阻帶內能提供高的串聯阻抗和（hé）低的並聯阻抗，並與騷擾源（yuán）的阻抗嚴重不匹配，能將高頻騷擾反射回騷擾源而被濾除，有用的低頻分量則很（hěn）小的（de）衰（shuāi）減（jiǎn）通過。常用於電源線濾波器和信號線濾波器。

吸收式濾波器是由有耗器件構（gòu）成的，在阻帶內（nèi），有耗器件將傳導騷擾的能量吸收（shōu）後轉化為熱損耗，而起濾波作用。鐵（tiě）氧（yǎng）體材料就是一種廣泛應用的有耗（hào）器件，可（kě）用來構成低通濾波器。當導線中的低頻電流穿過鐵氧體時幾乎沒有損耗，但高頻電流卻會（huì）受到很大損耗。

這因為鐵氧體材（cái）料可以等效為電阻值和電感量都（dōu）隨頻率變化電阻和電感的串聯。在低頻（pín）段，電感起主要作用，在高頻段，電阻起主要作用，並（bìng）隨頻率升高而增加，電感卻隨頻率升高（gāo）反而減小，因此對高頻分（fèn）量起到較大衰減作用，而對（duì）直流或低頻分量幾（jǐ）乎沒有衰減。根據不同的使用場合（hé），鐵氧體可以做成多種形（xíng）式，例如可以直接焊在印刷電（diàn）路板上的電（diàn）阻元（yuán）件形式，可以串在低速信號線上的磁珠，可以套在元、器件引（yǐn）腳或導線上的磁環，可以套在電纜上的柱形磁環和矩（jǔ）形磁環等。

3．5必須綜合使用接地、屏蔽、濾波等防護措施。單獨使用任何一種防護措施，都不會達到理想的抑製（zhì）效果，需要掌握（wò）綜合使用的技巧。

前麵提到，近（jìn）場電場屏蔽的必要條件是采用高導電率金屬屏蔽體並接地；接地良好的屏蔽體還可以實現（xiàn）遠場電磁屏蔽。屏蔽電纜（lǎn）屏蔽層的（de）屏蔽效能（néng）主要不是因反射和吸收而得到的，卻是由屏蔽（bì）層接地後才（cái）得到的。這因為屏蔽層（céng）接地後，才能將外來騷擾短路至地，避免了因與（yǔ）芯線之間存在耦合，而（ér）將騷擾耦合至芯線；同理，芯線的騷擾耦合至屏蔽層後，也被短路至地，避（bì）免了芯線的騷擾通過屏蔽層向外（wài）輻射。可（kě）見屏蔽與接地是不可分的。

電磁騷擾入侵屏蔽體的主要（yào）途徑是輸入輸出接口和電源線輸入口。因為（wéi）屏蔽體內部的（de）電磁騷擾可以耦合到進、出（chū）屏蔽體的導線和電纜上，傳導到屏蔽體外，造成（chéng）輻射騷擾。同樣，外來的（de）電磁騷擾也會通（tōng）過電（diàn）磁耦合（hé），由這（zhè）些導線（xiàn）和電纜傳導進入屏蔽體。為了阻止騷擾電流的流進或流出（chū），一種簡單可行的辦法（fǎ），就是在輸入輸出接口和（hé）電源線輸入（rù）口分別（bié）安裝濾波器連接（jiē）器和饋通濾波器。此外，前麵提到的在開口處安（ān）裝的截止波導管、截止波導通風板、導電玻璃視窗等，實質上都是高通濾波器。可見屏蔽與濾波也是不可分的。

除了特別說明允許不接地的（de）濾波（bō）器在使用時可以不（bú）接地以外，各類濾波器都（dōu）必須接地。因為濾波器中的共模旁（páng）路（lù）電容隻有在接地（dì）時才能起濾波作（zuò）用。特（tè）別是型濾波器，接地不良時，相當於電容和電（diàn）感並聯，*失去了濾波的作用。此外，安裝濾波器（qì）時，還應借助於屏蔽，把輸入（rù）端和輸出端隔離開來（lái），以免發生耦合。所以濾波和接地、屏蔽都有密切關係。

為了減小地環路騷擾，需要將信號地線與機殼地線先絕緣再（zài）集中，因此，信號地線穿過機殼時必須安（ān）裝饋通濾（lǜ）波器。而高層建築上的（de）家（jiā）用電器（qì）需要安裝接至大地的地（dì）線時，為了（le）避免因地線過（guò）長而耦合電磁騷擾，還必（bì）須在地線外加裝屏蔽套筒，可見，接地和濾波、屏蔽也是不可分的（de），必（bì）須綜合利用。

 4、家用電器電磁騷擾抑製（zhì）舉（jǔ）例

針對前麵提到的，安裝了帶有換向器的（de）電動機的家用電器，可以采用圖1所示的濾波（bō）器，圖(a)中的三個電容器均采用陶瓷電容器（qì），要求電（diàn）容器的引腳短，並緊貼著電動機安裝（zhuāng），C2、C3的公共端與電動機（jī）殼體可靠連接，接地阻抗要小；圖(b)中C2、C3采用穿（chuān）心（xīn）電容；需要進一步濾波時，可以在電（diàn）源線上加扼流圈，如圖(c)所示。

對於因頻繁開關動作而產生騷擾的（de）家用電器，可在開關或繼電器觸點上並聯濾波器，如圖（tú）2所示。

對於（yú）采用了啟動時可能引（yǐn）起衝擊電流而斷開時會產生浪湧電壓和瞬變噪（zào）聲（shēng）的感性負載家用電（diàn）器，則可以在家用電器電源（yuán）線輸入端並聯放電通路，這樣，在斷（duàn）開（kāi）電（diàn）源（yuán）時，給感（gǎn）性負載上存儲的能量提供一條釋放的通路，例如（rú）並聯壓敏電阻通路或RC網絡等。

這（zhè）對啟動時負載中的電流突變所引起的瞬變電壓也能起到抑製作用。

對於帶有可控矽（guī）的家用（yòng）電器（qì），為了抑製（zhì）高頻諧波騷擾，可以在可控矽支路（lù）套上鐵氧體磁珠，或在可控矽的兩極間並（bìng）聯RC吸收支路，也可在可控矽與負（fù）載之間插入低通（tōng）濾波器（qì）。如果將可（kě）控矽電路用屏蔽合屏蔽起來（lái）。也能得到較（jiào）好（hǎo）的效果（guǒ）。

對於各種氣體放電燈或（huò）帶有放電（diàn）管的家用（yòng）電（diàn）器，為了避免放電時產生的騷擾進入電網，可在（zài）其電源線上安裝濾（lǜ）波器，如圖3所示。

對於（yú）帶有微處理器（qì）的（de）家用電器，則應（yīng）安裝高質量電源線濾波器和輸入輸出端口濾波器，並良好接地（dì）。必要時還需（xū）進（jìn）行（háng）屏蔽。

對於可能（néng）發生電磁能量泄漏的家用電器，則主要應采用屏蔽措施，並對孔、縫、開口進行密封式屏蔽。

  5．結束語

家用電器的電磁（cí）兼容性設計，表麵上看（kàn）好像很複雜，不知從何處下手。但如果能（néng）抓住以上幾個問題，任何複雜的家用電器都是（shì）可以迎刃而解的。希望企業界重視電磁兼容性設計，要有超前意識，要合得投入。隻要盡早進行電磁兼容性設計，成本不會增加太多。麵對電磁環境日（rì）益惡化、電（diàn）磁兼容設計（jì）與（yǔ）認證對國內、貿易的（de）影響，我們應該有緊（jǐn）迫感和強烈的責任感。