典型家用電器電磁兼容共性技術(shù)研究

1 引言
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”?！澳苷９ぷ鳌敝傅氖恰半姶琶舾行浴保‥lectromagnetic Susceptibility，簡稱EMS），即：在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設備或系統(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 4343.1-2003 《電磁兼容 家用電器、電動工具和類似器具的要求 第1部分：發(fā)射》 該標準于2004年6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)生的射頻傳導和輻射騷擾。
GB 4343.2-1999 《電磁兼容 家用電器、電動工具和類似器具的要求 第2部分：抗擾度》該標準于2000年4月1日起實施[1]。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輻射電磁場（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干擾功率（30MHz～300MHz）；④諧波電流（2～40次諧波）。

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[2]。
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濾波器是目前最有效的抑制方法。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。火花騷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、通訊等電子設備的正常工作頻率，嚴重時會影響設備無法正常工作。
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，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）抗干擾
靜電干擾來源于人體放電、設備、器件的電荷積累放電等。
家用電器抗靜電干擾設計在于良好的接地和結(jié)構(gòu)設計。
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：將一端的設備浮地、使用變壓器實現(xiàn)設備之間的連接、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)慕拥胤绞剑苊馊菀紫嗷ジ蓴_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。