1、家用电器电磁兼容性设计pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。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
2、 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
3、 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
4、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
5、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
6、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
7、 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
8、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
9、 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
10、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
11、 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
12、 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
13、 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
14、 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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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,
20、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
21、 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
22、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
23、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
24、 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,。、 、,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
25、 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,。,、林合金 等高 导 磁 率 材料 制 成 屏 蔽体 可,。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 以改 用 多 层 屏 蔽 频 率 较高,。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 藕 合,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, ,而 将 骚 扰祸 合 至芯 线,
26、 ,。同理,芯 线 的骚 扰 祸。合 至 屏 蔽层 后 也 被短 路 至 地 避 免 了芯 线 的骚 扰 通 过屏还 可 以 同 时屏 蔽 高频 电场。蔽层 向外 辐 射,可 见 屏 蔽 与接 地 是 不 可 分 的敏感 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、 。,电磁 骚 扰人 侵屏 蔽体 的 主 要 途 径是 输 人 输 出接 口 和 电 源 线 输人 口。因 为 屏 蔽体 内部 的 电磁 骚 扰 可 以藕 合到 进,、钢板,、铝板、镀锌铁 板
27、 等 厚,出屏 蔽 体 的 导 线 和 电 缆上 传导 到屏 蔽 体 外 造成 辐 射 骚,度 约为用。一毫 米 由于 高频 电 流 具 有集 肤 效 应 在 工就 能起 到 良好 的 屏 蔽 作、。扰。同样,外 来 的 电磁骚 扰 也 会 通过 电磁 祸合。,由这 些导程 塑 料 机 箱 上 喷 涂 一 层 导 电漆成 骚 扰 的祸 合、线和 电 缆 传 导进人 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 人 输 出接 口 和 电源 线, ,但实 际机 箱 总 有各 种大 小 的孔。缝和 开 口、,都 可 能造、为此,可 采
28、用 导 电衬 垫、金属 丝 网,截止输 人 口 分 别安 装 滤 波器 连接 器 和 馈 通滤 波 器 此 外 前 面,。波 导 管 截 止 波 导 通 风板旨 育。导 电 玻璃 视 窗等 改 善 屏 蔽效提到 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 与滤波滤 波 技术 可 以用 来抑 制家 用 电器 中传 导 骚 扰 的传输,也是 不 可 分 的,。而 使 需 要 的 频 率 分量 顺 利 通 过,、。所 使 用 的滤波 器 的 重。除 了特 别说 明允许 不 接 地 的 滤波 器在使 用 时可 以不接要 特 性 用 频 率特 性即插 人 损 耗 随频 率 的变 化 来 表 征 插地 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 器, ,。人 损耗 定 义 为信 号 源 不 接 滤 波 器 压,直 接 加在 负 载 上 的 电。特别是,型 滤波,与信号 源 通过滤 波器 后 加 在 负载 上 的 电压 的 比值 能,。接地 不 良时 相 当于 电容 和 电 感 并 联。完 全 失去 了滤 把输、无 衰 减地通 过滤 波器 的频 率 范 围 称为 通 带 而 受 到很大衰波的作 用
