家用电器电磁兼容性设计

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卜家用电器电磁兼容性设计中国科学院电子学研究所摘白同云教授,要本文论述了家用电器电磁骚扰对电磁环境的影响和实施电磁兼容性的重要性,接着论。

述了家用电器电磁兼容性设计的内容和方法关键词家用电器电磁骚扰并举例说明如何抑制家用电器产生的电磁骚扰电磁兼容性,当前电子信息技术日新月异数字化浪潮波涛汹涌, ,、,其它家用电器或电子设备不能正常运行的家用电器如空调器启动时所需的大电流会使电网电压暂时下降电动机或电感性镇压流器等电感性负载启动时会导致电源功率因,,而网络时代的到来又会给家电产业带来一个全新的广阔的市场。

世纪家电产品的概念还会扩大和延伸所以我。

,们对未来我国家电制造业的发展充满信心然而,这一切。

数下降变频调速式空调器中的电力电子器件还会产生电源谐波等,都建立在一个重要基础之上、,即家用电器的电磁兼容性设计带有可控硅器件的家用电器,如电子调光灯、电家用电器电磁骚扰对电磁环境的影响近年来随着科学技术的发展家用电器正迅速向节 ,,、风扇多功能控制器等。

,会产生高次谐波骚扰,各种气体放电灯等离子体,如荧光灯等气体放电时形成的,能化, ,自动化、智能化、方便化。

、舒适化的趋势发展,这同会产生电磁骚扰样随着家用电器品种越来越多生产规模不断扩大时进口产品也充斥市场,,带有微处理器的家用电器、如模糊类家电、、带遥另一方面。

随着微电子控制技控的家电全自动洗衣机影碟机组合音响家庭影院、、、术的发展电子家电产品大量涌现由此而产生的电磁骚扰在对其它家用电器或电子设备的正常使用和可靠性产生影响和危害的同时响。

热水器微波炉等它们所采用的二电平数字信号会引起,电磁骚扰,而且、,随着时钟频率的不断提高其骚扰频谱,,也对人们的身体健康造成了直接影,可高达数百兆赫目前,保护电磁环境防止电磁环境污染。

,已引起世微波炉电磁灶,、家庭影院功率放大器等所产生,界各国及有关国际组织的普遍关注特别是欧共体理事会指令《各成员国就有关电磁兼容性的法律达成的共识》于、的电磁能量泄漏不仅会引起电磁骚扰而且还将对人体健康造成危害。

年月旧进人实质性实施阶段后。

家用电器产生的电磁骚扰如果超过国家标准规定的限电子电气产品电磁兼容性指标合格与否更成为欧共体市场准入或市场流通的必要条件随着我国电磁兼容认证制值就会造成电磁环境污染、。

例如,骚扰收音机、电视机的收听收看使计算机及其控制的电器发生误操作或丢失数掀使医疗器械如心脏起博器工作失常等对人体健度的建立和完善我国电子产品包括家用电器的电磁兼,,容性将会不断提高进而逐渐减小电磁环境污染保护广大用户的切身利益。

,,康的影响包括出现血流加快局部体温升高酶活性降低、、、蛋白质变性,、心率改变、、局部组织受损等、,此外、,还会对按照家用电子对电磁环境产生影响的原因可将家用中枢神经系统血液与免疫系统等造成不良影响。

心血管系统生殖系统电器分为以下几种类型由带有换向器的电动机在运转过程中器、,电刷与换,向器接触形成火花而产生电磁骚扰的家用电器电吹风、如吸尘、家用电器的电磁兼容性家用电器的电磁兼容性是指家用电器在其电磁环境中,电动缝纫机、食品搅拌器、电动剃须刀等电磁骚扰是指任何可能引起其它家用电器或电子设备性能能正常工作,不会造成性能降级,,而且,不会对该电磁环。

降低或对人体健康产生损害作用的电磁现象由于频繁的开关动作而产生电磁骚扰的家用电器,境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力,,这就是说在复杂的电磁环境中每台家用电器除了本身要能抗住外来电磁骚扰能正常运行以外还不能骚扰其它家用电器或电子设备的正常运行,如电饭煲、电熨斗、电烤箱、电冰箱、洗衣机等,启动时可能引起低压配电网各项指标下降导致不能对人体健康造成危害。

电汤徽兼舅象这就是家用电器电磁兼容性需要解决的问题总之。

,家用,祸电容来提供一个电流源以被补偿数字电路工作时所产,电器一方面应满足国家标准所规定的抗扰度限值要求具生的瞬态电流,,将会取得更好的效果,。

有面临电磁骚扰不降低运行性能的能九另一方面又具有不产生超过国家标准所规定的电磁骚扰限值的能力电磁。

为了控制差模辐射还应将信号线和回线紧靠在一因为信号环路的作用。

起减小信号路径形成的环路面积而存在地电位, ,兼容性是家用电器的重要性能指标之一也是保证家用电器的质量、、,就相当于辐射或接收磁场的环天线由于接地面存在阻抗即共模电压它能在外接电缆上激励共模,实现家用电器应有功能的重要手段。

辐射。

为了控制共模辐射,就应减小共模电压,合理选择家用电器电磁兼容性设计家用电器电磁兼容性设计的目的就是要使家用电器具。

、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,有电磁兼容性这要从分析电磁骚扰源骚扰藕合途径和敏感电路人手,的屏蔽体也能达到抑制共模辐射的效果。

此外,降低信设计接地,。

、屏蔽,、滤波等防护措施,,在骚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则。

,扰源处抑制电磁骚扰切断对电磁骚扰的祸合增强敏感电路的抗扰性等经验证明在家用电器功能设计的初始准则和,准是,这里是印刷电路板两层板之间的距离,,即元件面应阶段,同时进行电磁兼容性设计可以把电磁骚扰和抗扰, ,,比接地面缩小宽度避免因边缘效应引起的辐舷,度等电磁兼容性问题解决在产品定型之前如果等到产品定型以后甚至等到生产阶段或到了用户手里以后发现问题才去解决非但将在技术上带来很大难度而且会造, ,印刷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,、、如遇拐弯应采用拐角。

角导线宽度不要突变、不要突然成人力品设计、财力极大的浪费所以尽早解决电磁兼容性问,。

题是十分必要的那种不顾电磁兼容性只按常规进行产,,应当注意,单面板虽然制造简单装配方便,但只适然后对样品进行电磁兼容性测试, ,,出了问题再进。

用于一般电路要求不适用于高组装密度或复杂电路的场行补救的做法是一种非常冒险的做法是完全不可取的。

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,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, ,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,下降时间越短。

骚扰频谱越宽,高频,。

骚扰源单独安排并远离敏感电跷高速高频电路应靠近边缘连接器完成印刷电路板设计后, ,分量可延伸到兆赫以上因此,在保证电路功能的同时,应使板上各电路都应选用较低的脉冲重复频率和较慢的上升,下降时间又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一项设计。

如家庭影院的功放管是重要的电磁骚扰源除了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。

地线设计是最重要的设计,,往往也是难度最大的。

另一方面,,高速逻辑电路,、高速时钟电路,、家用电器的安全地要提供对人身和家用电器,,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限, ,。

的可靠安全保证需做独立的设计信号地线则是信号流回源的低阻抗路径,类型有悬浮地、单点接地,、多点接地,和,器件具有较高的噪声容、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。

应优选使用。

由于地线不是理想的零阻抗单元电路应当采用,当数字电路工作时,将发生高低电压之间的转换。

,单点接地多级电路接地点应选在低电平电路的输人端, ,将引起瞬态地电流和瞬态负载电流从电源流人电路或由电路流人地线使电源线或地线中的电流产生不平衡, ,可减小地电位对电路的骚扰小信号高增益放大器的屏蔽由于罩也应单点接地接地点应选在输出端地线上可以防止电源线和地线存在不可忽略的电阻和电感瞬态地电流和自激复杂家用电器中往往包含多种电子线路和电机器等这时应将地线分为信号地线,、电可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应尽量减小印刷电路板电源线,。

骚扰源地线、屏蔽罩,,,地线于、机壳地线等,分组敷设,,最后集中为一条地线。

以克服各部分地线之间引起的骚扰多点接地一般用于高和地线的电阻和电感上升, ,。

例如,,当脉冲电流的变化为。

,的频率范围,以便就近接地,。

但由于两个不同的、下降时间为则骚扰带宽可达对于长接地点之间存在地电压,电路多点接地并且电路间有信。

宽,厚,的印刷电路板导线其阻抗为号联系时将构成地环路骚扰地电压将叠加在信号上一所引起的电源电压波动达另一层为接地层林, ,。

如果使用多层板中,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,,,,的一层为电源层阻抗仅为几,由于这两根导电源电压波动可减小到对其它电路或器件的工线对地的阴抗不等地电压在两导线上产生的共模电注大作几乎不发生影响当然如果在印刷电路板上再安装去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 ,,,,器件将传导骚扰的能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。

,使地环路阻抗增大将地电压大部分降在该阻。

,,抗上等,,加到导线上的那部分被大大减小、此外。

,还可以在成低通滤波器当导线中的低频电流穿过铁氧体时几乎没。

两电路之间插人隔离变压器切断地环路,共模扼流圈或光电祸合器。

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,。

也可以取得良好的效果屏蔽技术可以用来抑制家用电器中的辐射骚扰,串联在低频段要作用,。

,电感起主要作用,,在高频段,,电阻起主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或磁性材料把骚扰源包围起来使屏蔽体内,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,外的场””相互隔离。

可以看到,,屏蔽技术还可以用来保。

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 ,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,可以串在低速信号线上的磁珠,。

,可以套在元、器件蔽前待测点的场强与加上屏蔽后、,待测点的场强之比值。

引脚或导线上的磁环可以套在电缆上的柱形磁环和矩形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。

磁环等必须综合使用接地、、屏蔽、滤波等防护措施。

单,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,,独使用任何一种防护措施,,都不会达到理想的抑制效果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以不接地,。