1 前言
電磁兼容(Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC)在國家標準GB/4365-1995《電磁兼容性術(shù)語》中的定義為：“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能忍受的電磁騷擾的能力"。“能正常工作"指的是“電磁敏感性"(Electromagnetic Susceptibility，簡稱EMS)，即：在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不能避免性能下降的能力;“不對任何事物構(gòu)成不能忍受的電磁騷擾的能力"指的是“電磁干擾"(Electromagnetic Interference，簡稱EMI)，即：電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。因此，EMC包括EMS和EMI兩個方面。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)工藝的提高，各種各樣的家用電磁層出不窮，結(jié)構(gòu)也日趨復雜。許多家用電器既是電磁干擾的接受體，又是電磁干擾的發(fā)生體。人們正不斷置身與一個復雜的電磁環(huán)境中，并隨時可能受到電磁干擾的危害。國家技術(shù)監(jiān)督局與1996年在上海召開了“貫徹實施家用電器、電動工具的無線電干擾國際討論會"，強調(diào)現(xiàn)階段要進一步加強宣傳貫徹EMC強制性國家標準，特別是家用電器、電動工具、信息技術(shù)設(shè)備等行業(yè)要盡快開展這項工作。
電磁兼容性已成為衡量家用電器產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標。目前，典型的家用電器主要包括電風扇、洗衣機、電冰箱、空調(diào)、電子游戲機、電磁灶、微波爐等，都會產(chǎn)生不同程度的電磁干擾，尤其是帶微處理器的空調(diào)、洗衣機等，其運行時產(chǎn)生的電磁干擾是相當嚴重的。由于家用電器種類繁多、電磁兼容技術(shù)要求復雜，對“典型家用電器EMC的共性技術(shù)研究"就顯得尤為重要。
2 家用電器電磁兼容(EMC)認證的標準及檢驗項目
GB 4343.1-2009 《電磁兼容 家用電器、電動工具和類似器具的電磁兼容要求 第1部分：發(fā)射》 該標準于2010年4月1日起實施。本部分適用于其主要功能由電動機、開關(guān)或調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)的器具產(chǎn)生的射頻傳導騷擾和輻射騷擾。
GB 4343.2-2009 《電磁兼容 家用電器、電動工具和類似器具的電磁兼容要求 第2部分：抗擾度》該標準于2010年4月1日起實施。本標準適用于家用和類似用途電器、類似器具、電動玩具以及電動工具的電磁抗擾度。
電磁抗擾度(EMS)的檢驗項目有：①靜電放電抗擾度;②射頻電磁場輻射抗擾度(80MHz～1000MHz);③電快速瞬變脈沖群抗擾度;④浪涌(雷擊)抗擾度;⑤注入電流(150kHz～230MHz)抗擾度;⑥電壓暫降和短時中斷抗擾度。
電磁發(fā)射(EMI)的檢驗項目有：①連續(xù)干擾電壓(150KHz～30MHz);②斷續(xù)干擾電壓(喀嚦聲)(150kHz、500kHz、1.4MHz和30MHz);③騷擾功率(30MHz～300MHz);④輻射發(fā)射(30MHz～1GHz，適用于玩具);⑤諧波電流(2～40次諧波);⑥電壓變化、電壓波動和閃爍。
3 共性技術(shù)研究
所謂“典型家用電器電磁兼容共性技術(shù)"是指“就電磁兼容而言，家用電器中普遍存在的問題及解決的措施"，而不是指具體的某類家用電器。本文通過對典型家用電器的開關(guān)電源、電動機、微處理器的電磁兼容技術(shù)研究，針對其引起的靜電放電、電快速瞬變脈沖群、浪涌等干擾，給予普遍適用的有效的解決措施。
3.1 開關(guān)電源
功率半導體器件的高速開關(guān)動作，不可避免地要產(chǎn)生大量的EMI。作為能量轉(zhuǎn)換裝置，其電壓、電流變化率很高，干擾強度很大;開關(guān)頻率不高，主要的干擾形式是傳導干擾和近場干擾。
由于頻繁的動作，開關(guān)電源在電路的導通或閉合時，會有大量的電荷聚集在電源線和電器的內(nèi)部器件上，這樣必然會產(chǎn)生靜電干擾;同時，由于電壓、電流的高變化率，會產(chǎn)生快速瞬變脈沖干擾。
開關(guān)電源的干擾以傳導干擾為主，EMI濾波器是有效的抑制方法。此外，經(jīng)驗表明開關(guān)電源的EMC性能往往可以在不增加任何元器件和改變線路的條件下通過修改印刷線路板的布線設(shè)計大大得到改善。
3.2 電動機
許多家用電器是用電動機驅(qū)動的。帶換向器式電動機的家用電器產(chǎn)生的電磁騷擾尤為嚴重。由于其帶有換向器和電刷，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，電刷不斷地接通和斷開，極易產(chǎn)生電刷電弧，形成火花騷擾;電動機為感性負載，當切換負載的供電電源時會產(chǎn)生高反向電壓?；鸹}擾和高反向電壓均具有頻譜寬、諧波豐富的特點，而這些頻率范圍覆蓋了許多廣播、通訊等電子設(shè)備的正常工作頻率，嚴重時會影響設(shè)備無法正常工作。
消除電動機產(chǎn)生騷擾的行之有效的方法是濾波、屏蔽和接地。
3.3 微處理器
微處理器的使用使得家用電器更加智能化。然而，由于微處理器的PCB板有大量的數(shù)字線路板，其上的時鐘、視頻和數(shù)據(jù)驅(qū)動器，及其它振蕩器中流動的電流是主要的騷擾源。這些電流還可以通過電線產(chǎn)生傳導干擾和過空間產(chǎn)生輻射騷擾。
家用電器中微處理器電路的各種外部集成電路是用總線形式連接的，靠地址線選通外設(shè)，在未被微處理器選中時，器件處于高阻狀態(tài)，在一定條件下，電荷很容易產(chǎn)生積累，并在被選中時產(chǎn)生靜電放電。
值得提出的是，除了解決上述EMI之外，微處理器還特別要提高自身的抗干擾性(EMS)。高頻數(shù)字脈沖一旦受到外界的騷擾，很容易不能正常工作，甚至造成整個系統(tǒng)的崩潰。
4 抗干擾措施
4.1 靜電放電(ESD)抗擾度
靜電干擾來源于人體放電、設(shè)備、器件的電荷積累放電等。家用電器抗靜電干擾設(shè)計在于良好的接地和結(jié)構(gòu)設(shè)計。
接地的作用有兩個：安全地(為有損害的電路提供一個同路)，參考地(為從外部進入到系統(tǒng)的信號提供一個參考)。地線干擾按照產(chǎn)生的機理可分為地環(huán)路干擾和公共阻抗干擾。地環(huán)路干擾是由地線和電纜組成的環(huán)路電流產(chǎn)生的。通常減小地環(huán)路干擾的有效途徑有：將一端的設(shè)備浮地、使用變壓器實現(xiàn)設(shè)備之間的連接、使用光電隔離器、使用公模扼流圈等;公共阻抗干擾顧名思義，是由于兩個電路共用一段地線，地線本身又具有阻抗而產(chǎn)生的。減小共用阻抗干擾的途徑有兩個：一是減小公共地線部分的阻抗，這樣公共地線上的電壓也隨之減小，從而控制公共阻抗耦合;二是通過恰當?shù)慕拥胤绞?，避免容易相互干擾的電路共用地線，一般要避免強電于弱電電路共用地線，避免數(shù)字與模擬電路共用地線。
標準規(guī)定，凡試品中人體可以接觸到的地方都要進行靜電放電試驗，可見家用電器的結(jié)構(gòu)對抗靜電能力有著重要作用。家用電器一般都置身于金屬外殼內(nèi)，金屬外殼作為ESD電流的通道，引導ESD電流在內(nèi)部電路的周圍，此時外殼中的孔和縫隙對電流都能起到高阻抗的壁壘作用，為了使其最小，所有的金屬板必須搭接在一起，并至少在兩點上提供低阻抗連接。
4.2 電快速瞬變脈沖群抗擾度
當操作開關(guān)、繼電器、接觸器動作時會在其母線上產(chǎn)生多個瞬態(tài)脈沖族，稱為群脈沖干擾?？焖偎沧?nèi)好}沖一般不會對器件和系統(tǒng)造成破壞，但對于家用電器中的微處理器可以造成很大的影響。當這些高頻的尖脈沖出現(xiàn)在地址總線、數(shù)據(jù)總線或邏輯門電路上時，會使微處理器和邏輯電路產(chǎn)生時序錯誤，造成 微處理器程序混亂、死機等等。因此，抗尖脈沖干擾是帶有微處理器家用電器的EMC設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。
家用電器的各個元器件，如繼電器、接觸器、開關(guān)、按鍵等等應加以特殊處理，一般在他們的兩端并聯(lián)或串連電容元件和二極管以吸收尖脈沖干擾;其次，在極為重要的電路中應增加一些吸收尖脈沖的元器件。
下面以一帶電動機的電動玩具為例，用實驗數(shù)據(jù)說明濾波器的效果。
圖1顯示的是對某電動玩具(換向器式電動機)進行騷擾輻射發(fā)射測試的
圖1 某電動玩具的輻射騷擾 圖3某電機玩具改進后的輻射騷擾
由圖可見，改電動玩具的電磁輻射是相當嚴重的。為了減小輻射達到電磁兼容的標準，我們加入濾波器，如圖2所示。
圖2(a)中分別在電源線上加入兩個100µH的扼流圈，用于抑制差模噪聲。扼流圈是對稱安裝的，這樣一方面平衡了扼流圈內(nèi)部阻抗，另一方面平衡了每根導線與地之間的騷擾電壓。在這種情況下，兩個電刷產(chǎn)生的大小相等方向相反的騷擾電壓在導線與地之間造成的騷擾電場相互抵消。由于兩個扼流圈中騷擾電流方向不同，導線上的騷擾磁場同樣地互相抵消，從而降低了騷擾。
圖2(b)中進一步加入了共模扼流圈，效果更好。采用濾波器后的測量數(shù)據(jù)如圖3所示?？梢姡瑸V波效果是相當明顯的，輻射騷擾強度降低了近30dBµV/m。但如果騷擾強度非常大，就需要使用吸收式濾波器。
吸收式濾波器是目前一種常見的、便宜的器件。它是由有耗器件構(gòu)成的，在阻帶內(nèi)吸收噪聲的能量轉(zhuǎn)化為熱損耗，從而起到濾波作用。鐵氧體吸收型濾波器是目前應用發(fā)展很快的一種低通濾波器。它與常規(guī)的L濾波器相比具有更好的高濾波特性。
鐵氧體材料是鐵氧化物和其他成分如錳、鋅鈷、鎳的混合體，對頻率具有高度的敏感性，低頻信號可以毫無損耗地通過，而當頻率增加時，其阻抗也迅速增加，有效抑制了高頻信號。用鐵氧體吸收型濾波器代替圖2中電路中的電感后，輻射騷擾場強可再降低10dBµv/m。鐵氧體磁環(huán)可以直接套再導線上，磁環(huán)越長，阻抗越大。注意環(huán)內(nèi)徑應與導線密貼，消除導線上電流產(chǎn)生的磁通，增加濾波效果。
4.3 浪涌(雷擊)抗擾度
浪涌是指電源電壓和電流的變動，負載開關(guān)的閉合、自然界的雷擊都可能引起浪涌。其危害較大，可以引起振蕩甚至燒壞整個系統(tǒng)。
家用電器一般不會直接受到雷電的干擾，大多是通過傳導線路中的感應電流或電壓引起的騷擾。良好的接地是解決這一干擾的有效手段。
防止浪涌干擾的常用器件有：氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻(MOV)和瞬變電壓抑制二級管(TVS)。
5 結(jié)論
電磁兼容性是家用電器的一個重要衡量標準。由于家用電器的種類繁多，結(jié)構(gòu)復雜，對其共性技術(shù)的研究顯得極為重要。
推薦產(chǎn)品：
1、靜電放電模擬器
SESD 216（電壓范圍：200V~16.5kV）
SESD 230（電壓范圍：500V~30kV）
SESD 30000（電壓范圍：1kV~30kV）
ESD - Test System 30 kV
2、電磁兼容抗擾度測試系統(tǒng)
1）電快速瞬變脈沖群發(fā)生器
SFT 1400-1: 125kHz / 5.0kV
SFT 1420-1: 2MHz / 4.8kV
SFT 2400: 125kHz / 5.0kV / 觸摸屏
SFT 2420: 2MHz / 4.8kV / 觸摸屏
2）雷擊/浪涌發(fā)生器
CWG 520: 3x400V / 16A
CWG 1500: 1.2/50 μs_8/20μs / 4.4kV
CWG 2500: 1.2/50 μs_8/20μs / 4.4kV / 觸摸屏
3)射頻場感應的傳導騷擾抗擾度測試系統(tǒng)
CDG700-25（功率25w，頻率范圍100kHz - 250MHz）
CDG700-75（功率75w，頻率范圍100kHz - 400MHz）
CDG700-75-10（功率75w，頻率范圍10kHz - 250MHz）
4）磁場發(fā)生器和分析器
MGA 1030（信號發(fā)生器DC-250 kHz）
5）共模傳導干擾模擬器
PGA 1240（DC至300kHz頻率范圍）
6）絕緣和沖擊耐受電壓測試發(fā)生器
PG 01-2000 （測試電壓4 kV – 10 kV，0,1 /2000μs的標準脈沖電壓波形）
7）電源故障模擬器
VIS 1700（280Vac / 360Vdc）
Schl?der施羅德授權(quán)代理商：蘇州威銳科電子有限公司
蘇州威銳科電子有限公司專注于電磁兼容測試（EMI+EMS），產(chǎn)品涵蓋靜電放電模擬器、射頻傳導騷擾抗擾度而是系統(tǒng)、共模傳導干擾模擬器、電快速瞬變脈沖群發(fā)生器、雷擊浪涌發(fā)生器、電源故障模擬器等電磁兼容性測試產(chǎn)品。我們在全國各地已建立了完善的銷售 網(wǎng)絡和服務體系,無論您在哪里都可以享受到方便快捷的優(yōu)質(zhì)服務。威銳科電子依靠 “敬業(yè)、團隊、創(chuàng)新"的企業(yè)精神，提供更好的服務，竭誠為廣大用戶解決各種電磁兼容測試問題。
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