家用电器电磁兼容性设计分析

1、家用电器电电磁兼容容性设计计当前，电子子信息技技术日新新月异，数数字化浪浪潮波涛涛汹涌，而而网络时时代的到到来又会会给家电电产业带带来一个个全新的的、广阔阔的市场场。211世纪家家电产品品的概念念还会扩扩大和延延伸，所所以我们们对未来来我国家家电制造造业的发发展充满满信心。然然而，这这一切都都建立在在一个重重要基础础之上，即即家用电电器的电电磁兼容容性设计计。1、家用电电器电磁磁骚扰对对电磁环环境的影影响近年年来，随随着科学学技术的的发展，家家用电器器正迅速速向节能能化、自自动化、智智能化、方方便化、舒舒适化的的趋势发发展。这这样，随随着家用用电器品品种越来来越多，生生产规模模不断扩扩大；同同

2、时，进进口产品品也充斥斥市场。另另一方面面，随着着微电子子控制技技术的发发展，电电子家电电产品大大量涌现现。由此此而产生生的电磁磁骚扰在在对其它它家用电电器或电电子设备备的正常常使用和和可靠性性产生影影响和危危害的同同时，也也对人们们的身体体健康造造成了直直接影响响。目前前，保护护电磁环环境，防防止电磁磁环境污污染，已已引起世世界各国国及有关关国际组组织的普普遍关注注。特别别是欧共共体理事事会指令令各成成员国就就有关电电磁兼容容性的法法律达成成的共识识(8893336EECC)于119966年1月月1日进进入实质质性实施施阶段后后，电子子、电气气产品电电磁兼容容性指标标合格与与否更成成为欧共共

3、体市场场准入或或市场流流通的必必要条件件。随着着我国电电磁兼容容认证制制度的建建立和完完善，我我国电子子产品，包包括家用用电器的的电磁兼兼容性将将会不断断提高，进进而逐渐渐减小电电磁环境境污染，保保护广大大用户的的切身利利益。按照照家用电电子对电电磁环境境产生影影响的原原因，可可将家用用电器分分为以下下几种类类型：(1)由带有有换向器器的电动动机在运运转过程程中，电电刷与换换向器接接触形成成火花而而产生电电磁骚扰扰的家用用电器，如如吸尘器器、电吹吹风、电电动缝纫纫机、食食品搅拌拌器、电电动剃须须刀等；电磁骚骚扰是指指任何可可能引起起其它家家用电器器或电子子设备性性能降低低或对人人体健康康产生损

4、损害作用用的电磁磁现象；(2)由于于频繁的的开关动动作而产产生电磁磁骚扰的的家用电电器，如如电饭堡堡、电熨熨斗、电电烤箱、电电冰箱、洗洗衣机等等；(33)启启动时可可能引起起低压配配电网各各项指标标下降，导导致其它它家用电电器或电电子设备备不能正正常运行行的家用用电器，如如空调器器启动时时所需的的大电流流会使电电网电压压暂时下下降，电电动机或或电感性性镇压流流器等电电感性负负载启动动时会导导致电源源功率因因数下降降，变频频调速式式空调器器中的电电力电子子器件还还会产生生电源谐谐波等；(4)带有有可控硅硅器件的的家用电电器，如如电子调调光灯、电电风扇多多功能控控制器等等，会产产生高次次谐波骚骚扰

5、；(5)各种气气体放电电灯，如如荧光灯灯等气体体放电时时形成的的等离子子体，会会产生电电磁骚扰扰；(66)带带有微处处理器的的家用电电器，如如模糊类类家电、带带遥控的的家电、全全自动洗洗衣机、影影碟机、组组合音响响、家庭庭影院、热热水器、微微波炉等等，它们们所采用用的二电电平数字字信号会会引起电电磁骚扰扰，而且且，随着着时钟频频率的不不断提高高，其骚骚扰频谱谱可高达达数百兆兆赫；(7)微波炉炉、电磁磁灶、家家庭影院院功率放放大器等等所产生生的电磁磁能量泄泄漏，不不仅会引引起电磁磁骚扰，而而且还将将对人体体健康造造成危害害。家用用电器产产生的电电磁骚扰扰如果超超过国家家标准规规定的限限值，就就会

6、造成成电磁环环境污染染。例如如，骚扰扰收音机机、电视视机的收收听、收收看；使使计算机机及其控控制的电电器发生生误操作作或丢失失数据；使医疗疗器械如如心脏起起博器工工作失常常等；对对人体健健康的影影响包括括出现血血流加快快、局部部体温升升高、酶酶活性降降低、蛋蛋白质变变性、心心率改变变、局部部组织受受损等，此此外，还还会对中中枢神经经系统、血血液与免免疫系统统、心血血管系统统、生殖殖系统等等造成不不良影响响。2、家家用电器器的电磁磁兼容性性家家用电器器的电磁磁兼容性性是指家家用电器器在其电电磁环境境中能正正常工作作，不会会造成性性能降级级，而且且，不会会对该电电磁环境境中任何何事物构构成不能能承

7、受的的电磁骚骚扰的能能力。这这就是说说，在复复杂的电电磁环境境中，每每台家用用电器除除了本身身要能抗抗住外来来电磁骚骚扰，能能正常运运行以外外，还不不能骚扰扰其它家家用电器器或电子子设备的的正常运运行，不不能对人人体健康康造成危危害。这这就是家家用电器器电磁兼兼容性需需要解决决的问题题。总之之，家用用电器一一方面应应满足国国家标准准所规定定的抗扰扰度限值值要求，具具有面临临电磁骚骚扰不降降低运行行性能的的能力；另一方方面又具具有不产产生超过过国家标标准所规规定的电电磁骚扰扰限值的的能力。电电磁兼容容性是家家用电器器的重要要性能指指标之一一，也是是保证家家用电器器的质量量、实现现家用电电器应有有

8、功能的的重要手手段。33、家用用电器电电磁兼容容性设计计家家用电器器电磁兼兼容性设设计的目目的就是是要使家家用电器器具有电电磁兼容容性。这这要从分分析电磁磁骚扰源源、骚扰扰耦合途途径和敏敏感电路路入手，设设计接地地、屏蔽蔽、滤波波等防护护措施，在在骚扰源源处抑制制电磁骚骚扰，切切断对电电磁骚扰扰的耦合合，增强强敏感电电路的抗抗扰性等等。经验验证明，在在家用电电器功能能设计的的初始阶阶段，同同时进行行电磁兼兼容性设设计，可可以把电电磁骚扰扰和抗扰扰度等电电磁兼容容性问题题解决在在产品定定型之前前；如果果等到产产品定型型以后，甚甚至等到到生产阶阶段或到到了用户户手里以以后，发发现问题题才去解解决，

9、非非但将在在技术上上带来很很大难度度，而且且会造成成人力、财财力极大大的浪费费。所以以，尽早早解决电电磁兼容容性问题题是十分分必要的的。那种种不顾电电磁兼容容性，只只按常规规进行产产品设计计，然后后对样品品进行电电磁兼容容性测试试，出了了问题再再进行补补救的做做法，是是一种非非常冒险险的做法法，是完完全不可可取的。31家用电器电磁兼容性设计的关键是有源器件的选择和印刷电路板设计。例如，数字电路是一种最常见的宽带骚扰源，其上升下降时间越短，骚扰频谱越宽，高频分量可延伸到兆赫以上。因此，在保证电路功能的同时，应选用较低的脉冲重复频率和较慢的上升下降时间。又如家庭影院的功放管是重要的电磁骚扰源，除了

10、选用功率适当的器件外，还应从谐波发射和乱真发射等技术指标方面进行筛选。另一方面，高速逻辑电路、高速时钟电路、微处理器以及视频电路等，既是潜在的电磁骚扰源，却又很容易被骚扰，如果脉冲骚扰的强度超过该电路的噪声容限，就会产生误动作。CMOS和HTL器件具有较高的噪声容限，应优选使用。当数字电路工作时，将发生高、低电压之间的转换，将引起瞬态地电流和瞬态负载电流从电源流入电路或由电路流入地线，使电源线或地线中的电流产生不平衡。由于电源线和地线存在不可忽略的电阻和电感，瞬态地电流和瞬态负载电流流过电源线和地线时，会引发电源电压的波动，严重时将干扰其它电路或器件的工作，是传导骚扰和辐射骚扰的初始源。为此，

11、应尽量减小印刷电路板电源线和地线的电阻和电感。例如，当脉冲电流的变化为30mA，上升下降时间为3ns，则骚扰带宽可达100MHz。对于长10cm，宽1mm，厚003mm的印刷电路板导线，其阻抗为725，所引起的电源电压波动达21v；如果使用多层板中的一层为电源层，另一层为接地层，阻抗仅为372m，电源电压波动可减小到100v，对其它电路或器件的工作几乎不发生影响。当然，如果在印刷电路板上再安装去耦电容来提供一个电流源，以被补偿数字电路工作时所产生的瞬态电流，将会取得更好的效果。为了控制差模辐射，还应将信号线和回线紧靠在起，减小信号路径形成的环路面积。因为信号环路的作用就相当于辐射或接收磁场的环

12、天线。由于接地面存在阻抗而存在地电位，即共模电压，它能在外接电缆上激励共模辐射。为了控制共模辐射，就应减小共模电压，合理选择接地点；也可采用板上滤波器或滤波器连接器滤除共模电流；当然，如果使屏蔽电缆的屏蔽层与屏蔽机箱构成完整的屏蔽体，也能达到抑制共模辐射的效果。此外，降低信号频率和电平也是减小辐射的重要措施。为了进一步减小印刷电路板导线的辐射，设计时还应满足20H准则和2W准则。这里H是印刷电路板两层板之间的距离，即元件面应比接地面缩小20H宽度，避免因边缘效应引起的辐射；W是印刚电路板导线的宽度，即高频或高速电路导线间距不小于两倍导线宽度，以减小串扰。导线应短、宽、均匀、直，如遇拐弯，应采用

13、45角，导线宽度不要突变，不要突然拐角。应当注意，单面板虽然制造简单、装配方便，但只适用于一般电路要求，不适用于高组装密度或复杂电路的场合；双面板适用于只要求中等组装密度的场合；对于高组装密度或复杂电路，应优选多层板。这时，可将数字电路和模拟电路分别安排在不同层内，电源层和接地层相邻，骚扰源单独安排并远离敏感电路；高速、高频电路应靠近边缘连接器。完成印刷电路板设计后，应使板上各电路都能正常工作，不存在相互骚扰，能将骚扰发射降至最低并且有良好的抗扰性。32地线设计是最重要的设计，往往也是难度最大的一项设计。家用电器的安全地，要提供对人身和家用电器的可靠安全保证，需做独立的设计。信号地线则是信号流

14、回源的低阻抗路径，类型有悬浮地、单点接地、多点接地以及混合接地，悬浮地容易产生静电积累与静电放电，很少采用。由于地线不是理想的零阻抗，单元电路应当采用单点接地；多级电路接地点应选在低电平电路的输入端，可减小地电位对电路的骚扰；小信号高增益放大器的屏蔽罩也应单点接地，接地点应选在输出端地线上，可以防止自激；复杂家用电器中往往包含多种电子线路和电机、电器等，这时应将地线分为信号地线、骚扰源地线、屏蔽罩地线、机壳地线等，分组敷设，最后集中为一条地线，可以克服各部分地线之间引起的骚扰。多点接地一般用于高于10MHz的频率范围，以便就近接地。但由于两个不同的接地点之间存在地电压，电路多点接地、并且电路间

15、有信号联系时，将构成地环路骚扰。地电压将叠加在信号上一起加到负载端，造成差模干扰。如果两电路间的信号传输用两根导线，则地电压将加到两根导线上，由于这两根导线对地的阴抗不等，地电压在两导线上产生的共模电注大小不等，也将在负载两端造成差模干扰。为了克服地环路骚扰，应将信号地线和机壳地线分组敷设，先互相绝缘，最后再合一、使地环路阻抗增大，将地电压大部分降在该阻抗上，加到导线上的那部分被大大减小。此外，还可以在两电路之间插入隔离变压器、共模扼流圈或光电耦合器等，切断地环路，也可以取得良好的效果。33屏蔽技术可以用来抑制家用电器中的辐射骚扰。辐射骚扰是以电磁场与电磁波的形式在空间传播的，通常可用金属材料

16、或磁性材料把骚扰源包围起来，使屏蔽体内外的“场”相互隔离。可以看到，屏蔽技术还可以用来保护家用电器中的敏感电路，免受外来的辐射骚扰。对于屏蔽作用的评价可以用屏蔽效能来表示，屏蔽效能即未加屏蔽前待测点的场强与加上屏蔽后，待测点的场强之比值。屏蔽效能为屏蔽体反射损耗、吸收损耗和多次反射修正量之和。对于高电压、小电流的骚扰源，应采用近场电场屏蔽，即采用高导电率金属屏蔽体并接地；对于低电压、大电流的骚扰源，应采用近场磁场屏蔽，但不同频率时应采用不同的措施。直流或低频时，可用铁、硅钢片、坡莫合金、合金等高导磁率材料制成屏蔽体，可以不接地。磁导率越高，屏蔽效能越高，增加厚度也会增加屏蔽效能，但很不经济，可

17、以改用多层屏蔽。频率较高时，由于磁导率下降和磁损增加而不再适用，应采用高导电率金属材料，如铜、铝等。这时，如果屏蔽体接地良好，还可以同时屏蔽高频电场。敏感电路距离骚扰源较远时，采用远场电磁屏蔽，即用高导电金属材料制成屏蔽体。家用电器屏蔽机箱或屏蔽盒的材料一般可采用铜板、钢板、铝板、镀锌铁板等，厚度约为0208毫米。由于高频电流具有集肤效应，在工程塑料机箱上喷涂一层导电漆，就能起到良好的屏蔽作用。但实际机箱总有各种大小的孔、缝和开口，都可能造成骚扰的耦合。为此，可采用导电衬垫、金属丝网、截止波导管、截止波导通风板、导电玻璃视窗等，改善屏蔽效能。34滤波技术可以用来抑制家用电器中传导骚扰的传输，而

18、使需要的频率分量顺利通过。所使用的滤波器的重要特性用频率特性，即插入损耗随频率的变化来表征。插入损耗定义为信号源不接滤波器、直接加在负载上的电压，与信号源通过滤波器后加在负载上的电压的比值。能无衰减地通过滤波器的频率范围称为通带，而受到很大衰减的频率范围称为阻带。抑制传导骚扰的滤波器有反射式滤波器和吸收式滤波器等。反射式滤波器是由电感、电容等元件组成的低通滤波器，在阻带内能提供高的串联阻抗和低的并联阻抗，并与骚扰源的阻抗严重不匹配，能将高频骚扰反射回骚扰源而被滤除，有用的低频分量则很小的衰减通过。常用于电源线滤波器和信号线滤波器。吸收式滤波器是由有耗器件构成的，在阻带内，有耗器件将传导骚扰的能

19、量吸收后转化为热损耗，而起滤波作用。铁氧体材料就是一种广泛应用的有耗器件，可用来构成低通滤波器。当导线中的低频电流穿过铁氧体时几乎没有损耗，但高频电流却会受到很大损耗。这因为铁氧体材料可以等效为电阻值和电感量都随频率变化电阻和电感的串联。在低频段，电感起主要作用，在高频段，电阻起主要作用，并随频率升高而增加，电感却随频率升高反而减小，因此对高频分量起到较大衰减作用，而对直流或低频分量几乎没有衰减。根据不同的使用场合，铁氧体可以做成多种形式，例如可以直接焊在印刷电路板上的电阻元件形式，可以串在低速信号线上的磁珠，可以套在元、器件引脚或导线上的磁环，可以套在电缆上的柱形磁环和矩形磁环等。35必须综

20、合使用接地、屏蔽、滤波等防护措施。单独使用任何一种防护措施，都不会达到理想的抑制效果，需要掌握综合使用的技巧。前面提到，近场电场屏蔽的必要条件是采用高导电率金属屏蔽体并接地；接地良好的屏蔽体还可以实现远场电磁屏蔽。屏蔽电缆屏蔽层的屏蔽效能主要不是因反射和吸收而得到的，却是由屏蔽层接地后才得到的。这因为屏蔽层接地后，才能将外来骚扰短路至地，避免了因与芯线之间存在耦合，而将骚扰耦合至芯线；同理，芯线的骚扰耦合至屏蔽层后，也被短路至地，避免了芯线的骚扰通过屏蔽层向外辐射。可见屏蔽与接地是不可分的。电磁骚扰入侵屏蔽体的主要途径是输入输出接口和电源线输入口。因为屏蔽体内部的电磁骚扰可以耦合到进、出屏蔽体

21、的导线和电缆上，传导到屏蔽体外，造成辐射骚扰。同样，外来的电磁骚扰也会通过电磁耦合，由这些导线和电缆传导进入屏蔽体。为了阻止骚扰电流的流进或流出，一种简单可行的办法，就是在输入输出接口和电源线输入口分别安装滤波器连接器和馈通滤波器。此外，前面提到的在开口处安装的截止波导管、截止波导通风板、导电玻璃视窗等，实质上都是高通滤波器。可见屏蔽与滤波也是不可分的。除了特别说明允许不接地的滤波器在使用时可以不接地以外，各类滤波器都必须接地。因为滤波器中的共模旁路电容只有在接地时才能起滤波作用。特别是滤波器，接地不良时，相当于电容和电感并联，完全失去了滤波的作用。此外，安装滤波器时，还应借助于屏蔽，把输入端和输出端隔离开来，以免发生耦合。所以滤波和接地、屏蔽都有密切关系。为了减小地环路骚扰，需要将信号地线与机壳地线先绝缘再集中，因此，信号地线穿过机壳时必须安装馈通滤波器。而高层建筑上的家用电器需要安装接至大地的地线时，为了避免因地线过长而耦合电磁骚扰，还必须在地线外加装屏蔽套筒，可见，接地和滤波、屏蔽也是不可分的，必须综合利用。4、家用电器电磁骚扰抑制举例针对前面提到的，安装了带有换向器的电动机的家用电器，可以采用图1所示的滤波器，图(a)中的三个电容器均采用陶瓷电容器，要求电容器的引脚短，并紧贴着电动机安装，C2、C3的公共端与电动机壳体可靠连接，接地阻抗要小