技術(shù)分析：家用電器電磁兼容性設(shè)計(jì)（二）

   3．2地線設(shè)計(jì)是*重要的設(shè)計(jì)，往往也是難度*大的一項(xiàng)設(shè)計(jì)。家用電器的**地，要提供對(duì)人身和家用電器的可靠**保證，需做獨(dú)立的設(shè)計(jì)。信號(hào)地線則是信號(hào)流回源的低阻抗路徑，類型有懸浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地以及混合接地，懸浮地容易產(chǎn)生靜電積累與靜電放電，很少采用。由于地線不是理想的零阻抗，單元電路應(yīng)當(dāng)采用單點(diǎn)接地；多級(jí)電路接地點(diǎn)應(yīng)選在低電平電路的輸入端，可減小地電位對(duì)電路的騷擾；小信號(hào)高增益放大器的屏蔽罩也應(yīng)單點(diǎn)接地，接地點(diǎn)應(yīng)選在輸出端地線上，可以防止自激；復(fù)雜家用電器中往往包含多種電子線路和電機(jī)、電器等，這時(shí)應(yīng)將地線分為信號(hào)地線、騷擾源地線、屏蔽罩地線、機(jī)殼地線等，分組敷設(shè)，*后集中為一條地線，可以克服各部分地線之間引起的騷擾。
多點(diǎn)接地一般用于高于10MHz的頻率范圍，以便就近接地。但由于兩個(gè)不同的接地點(diǎn)之間存在地電壓，電路多點(diǎn)接地、并且電路間有信號(hào)聯(lián)系時(shí)，將構(gòu)成地環(huán)路騷擾。地電壓將疊加在信號(hào)上一起加到負(fù)載端，造成差模干擾。如果兩電路間的信號(hào)傳輸用兩根導(dǎo)線，則地電壓將加到兩根導(dǎo)線上，由于這兩根導(dǎo)線對(duì)地的陰抗不等，地電壓在兩導(dǎo)線上產(chǎn)生的共模電注大小不等，也將在負(fù)載兩端造成差模干擾。為了克服地環(huán)路騷擾，應(yīng)將信號(hào)地線和機(jī)殼地線分組敷設(shè)，先互相絕緣，*后再合一、使地環(huán)路阻抗增大，將地電壓大部分降在該阻抗上，加到導(dǎo)線上的那部分被大大減小。此外，還可以在兩電路之間插入隔離變壓器、共模扼流圈或光電耦合器等，切斷地環(huán)路，也可以取得良好的效果。
    3．3屏蔽技術(shù)可以用來(lái)抑制家用電器中的輻射騷擾。輻射騷擾是以電磁場(chǎng)與電磁波的形式在空間傳播的，通?？捎媒饘俨牧匣虼判圆牧习羊}擾源包圍起來(lái)，使屏蔽體內(nèi)外的“場(chǎng)”相互隔離。可以看到，屏蔽技術(shù)還可以用來(lái)保護(hù)家用電器中的敏感電路，免受外來(lái)的輻射騷擾。對(duì)于屏蔽作用的評(píng)價(jià)可以用屏蔽效能來(lái)表示，屏蔽效能即未加屏蔽前待測(cè)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與加上屏蔽后，待測(cè)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)之比值。屏蔽效能為屏蔽體反射損耗、吸收損耗和多次反射修正量之和。
    對(duì)于高電壓、小電流的騷擾源，應(yīng)采用近場(chǎng)電場(chǎng)屏蔽，即采用高導(dǎo)電率金屬屏蔽體并接地；
    對(duì)于低電壓、大電流的騷擾源，應(yīng)采用近場(chǎng)磁場(chǎng)屏蔽，但不同頻率時(shí)應(yīng)采用不同的措施。直流或低頻時(shí)，可用鐵、硅鋼片、坡莫合金、合金等高導(dǎo)磁率材料制成屏蔽體，可以不接地。磁導(dǎo)率越高，屏蔽效能越高，增加厚度也會(huì)增加屏蔽效能，但很不經(jīng)濟(jì)，可以改用多層屏蔽。頻率較高時(shí)，由于磁導(dǎo)率下降和磁損增加而不再適用，應(yīng)采用高導(dǎo)電率金屬材料，如銅、鋁等。這時(shí)，如果屏蔽體接地良好，還可以同時(shí)屏蔽高頻電場(chǎng)。

      敏感電路距離騷擾源較遠(yuǎn)時(shí)，采用遠(yuǎn)場(chǎng)電磁屏蔽，即用高導(dǎo)電金屬材料制成屏蔽體。家用電器屏蔽機(jī)箱或屏蔽盒的材料一般可采用銅板、鋼板、鋁板、鍍鋅鐵板等，厚度約為0．2—0．8毫米。由于高頻電流具有集膚效應(yīng)，在工程塑料機(jī)箱上噴涂一層導(dǎo)電漆，就能起到良好的屏蔽作用。但實(shí)際機(jī)箱總有各種大小的孔、縫和開(kāi)口，都可能造成騷擾的耦合。為此，可采用導(dǎo)電襯墊、金屬絲網(wǎng)、截止波導(dǎo)管、截止波導(dǎo)通風(fēng)板、導(dǎo)電玻璃視窗等，改善屏蔽效能。
    3．4濾波技術(shù)可以用來(lái)抑制家用電器中傳導(dǎo)騷擾的傳輸，而使需要的頻率分量順利通過(guò)。所使用的濾波器的重要特性用頻率特性，即插入損耗隨頻率的變化來(lái)表征。插入損耗定義為信號(hào)源不接濾波器、直接加在負(fù)載上的電壓，與信號(hào)源通過(guò)濾波器后加在負(fù)載上的電壓的比值。能無(wú)衰減地通過(guò)濾波器的頻率范圍稱為通帶，而受到很大衰減的頻率范圍稱為阻帶。抑制傳導(dǎo)騷擾的濾波器有反射式濾波器和吸收式濾波器等。
    反射式濾波器是由電感、電容等元件組成的低通濾波器，在阻帶內(nèi)能提供高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，并與騷擾源的阻抗嚴(yán)重不匹配，能將高頻騷擾反射回騷擾源而被濾除，有用的低頻分量則很小的衰減通過(guò)。常用于電源線濾波器和信號(hào)線濾波器。
    吸收式濾波器是由有耗器件構(gòu)成的，在阻帶內(nèi)，有耗器件將傳導(dǎo)騷擾的能量吸收后轉(zhuǎn)化為熱損耗，而起濾波作用。鐵氧體材料就是一種廣泛應(yīng)用的有耗器件，可用來(lái)構(gòu)成低通濾波器。當(dāng)導(dǎo)線中的低頻電流穿過(guò)鐵氧體時(shí)幾乎沒(méi)有損耗，但高頻電流卻會(huì)受到很大損耗。
這因?yàn)殍F氧體材料可以等效為電阻值和電感量都隨頻率變化電阻和電感的串聯(lián)。在低頻段，電感起主要作用，在高頻段，電阻起主要作用，并隨頻率升高而增加，電感卻隨頻率升高反而減小，因此對(duì)高頻分量起到較大衰減作用，而對(duì)直流或低頻分量幾乎沒(méi)有衰減。根據(jù)不同的使用場(chǎng)合，鐵氧體可以做成多種形式，例如可以直接焊在印刷電路板上的電阻元件形式，可以串在低速信號(hào)線上的磁珠，可以套在元、器件引腳或?qū)Ь€上的磁環(huán)，可以套在電纜上的柱形磁環(huán)和矩形磁環(huán)等。
    3．5必須綜合使用接地、屏蔽、濾波等防護(hù)措施。單獨(dú)使用任何一種防護(hù)措施，都不會(huì)達(dá)到理想的抑制效果，需要掌握綜合使用的技巧。
    前面提到，近場(chǎng)電場(chǎng)屏蔽的必要條件是采用高導(dǎo)電率金屬屏蔽體并接地；接地良好的屏蔽體還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)電磁屏蔽。屏蔽電纜屏蔽層的屏蔽效能主要不是因反射和吸收而得到的，卻是由屏蔽層接地后才得到的。這因?yàn)槠帘螌咏拥睾?，才能將外?lái)騷擾短路至地，避免了因與芯線之間存在耦合，而將騷擾耦合至芯線；同理，芯線的騷擾耦合至屏蔽層后，也被短路至地，避免了芯線的騷擾通過(guò)屏蔽層向外輻射?？梢?jiàn)屏蔽與接地是不可分的。
    電磁騷擾入侵屏蔽體的主要途徑是輸入輸出接口和電源線輸入口。因?yàn)槠帘误w內(nèi)部的電磁騷擾可以耦合到進(jìn)、出屏蔽體的導(dǎo)線和電纜上，傳導(dǎo)到屏蔽體外，造成輻射騷擾。同樣，外來(lái)的電磁騷擾也會(huì)通過(guò)電磁耦合，由這些導(dǎo)線和電纜傳導(dǎo)進(jìn)入屏蔽體。為了阻止騷擾電流的流進(jìn)或流出，一種簡(jiǎn)單可行的辦法，就是在輸入輸出接口和電源線輸入口分別安裝濾波器連接器和饋通濾波器。此外，前面提到的在開(kāi)口處安裝的截止波導(dǎo)管、截止波導(dǎo)通風(fēng)板、導(dǎo)電玻璃視窗等，實(shí)質(zhì)上都是高通濾波器?？梢?jiàn)屏蔽與濾波也是不可分的。
    除了特別說(shuō)明允許不接地的濾波器在使用時(shí)可以不接地以外，各類濾波器都必須接地。因?yàn)闉V波器中的共模旁路電容只有在接地時(shí)才能起濾波作用。特別是型濾波器，接地不佳時(shí)，相當(dāng)于電容和電感并聯(lián)，完全失去了濾波的作用。此外，安裝濾波器時(shí)，還應(yīng)借助于屏蔽，把輸入端和輸出端隔離開(kāi)來(lái)，以免發(fā)生耦合。所以濾波和接地、屏蔽都有密切關(guān)系。
    為了減小地環(huán)路騷擾，需要將信號(hào)地線與機(jī)殼地線先絕緣再集中，因此，信號(hào)地線穿過(guò)機(jī)殼時(shí)必須安裝饋通濾波器。而高層建筑上的家用電器需要安裝接至大地的地線時(shí)，為了避免因地線過(guò)長(zhǎng)而耦合電磁騷擾，還必須在地線外加裝屏蔽套筒，可見(jiàn)，接地和濾波、屏蔽也是不可分的，必須綜合利用。
   
 4、家用電器電磁騷擾抑制舉例
    針對(duì)前面提到的，安裝了帶有換向器的電動(dòng)機(jī)的家用電器，可以采用圖1所示的濾波器，圖(a)中的三個(gè)電容器均采用陶瓷電容器，要求電容器的引腳短，并緊貼著電動(dòng)機(jī)安裝，C2、C3的公共端與電動(dòng)機(jī)殼體可靠連接，接地阻抗要小；圖(b)中C2、C3采用穿心電容；需要進(jìn)一步濾波時(shí)，可以在電源線上加扼流圈，如圖(c)所示。
    對(duì)于因頻繁開(kāi)關(guān)動(dòng)作而產(chǎn)生騷擾的家用電器，可在開(kāi)關(guān)或繼電器觸點(diǎn)上并聯(lián)濾波器，如圖2所示。
    對(duì)于采用了啟動(dòng)時(shí)可能引起沖擊電流而斷開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓和瞬變?cè)肼暤母行载?fù)載家用電器，則可以在家用電器電源線輸入端并聯(lián)放電通路，這樣，在斷開(kāi)電源時(shí)，給感性負(fù)載上存儲(chǔ)的能量提供一條釋放的通路，例如并聯(lián)壓敏電阻通路或RC網(wǎng)絡(luò)等。
這對(duì)啟動(dòng)時(shí)負(fù)載中的電流突變所引起的瞬變電壓也能起到抑制作用。
    對(duì)于帶有可控硅的家用電器，為了抑制高頻諧波騷擾，可以在可控硅支路套上鐵氧體磁珠，或在可控硅的兩極間并聯(lián)RC吸收支路，也可在可控硅與負(fù)載之間插入低通濾波器。如果將可控硅電路用屏蔽合屏蔽起來(lái)。也能得到較好的效果。
    對(duì)于各種氣體放電燈或帶有放電管的家用電器，為了避免放電時(shí)產(chǎn)生的騷擾進(jìn)入電網(wǎng)，可在其電源線上安裝濾波器，如圖3所示。
    對(duì)于帶有微處理器的家用電器，則應(yīng)安裝高質(zhì)量電源線濾波器和輸入輸出端口濾波器，并良好接地。必要時(shí)還需進(jìn)行屏蔽。
    對(duì)于可能發(fā)生電磁能量泄漏的家用電器，則主要應(yīng)采用屏蔽措施，并對(duì)孔、縫、開(kāi)口進(jìn)行密封式屏蔽。
  
  5．結(jié)束語(yǔ)
    家用電器的電磁兼容性設(shè)計(jì)，表面上看好像很復(fù)雜，不知從何處下手。但如果能抓住以上幾個(gè)問(wèn)題，任何復(fù)雜的家用電器都是可以迎刃而解的。希望企業(yè)界重視電磁兼容性設(shè)計(jì)，要有超前意識(shí)，要合得投入。只要盡早進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)，成本不會(huì)增加太多。面對(duì)電磁環(huán)境日益惡化、電磁兼容設(shè)計(jì)與認(rèn)證對(duì)國(guó)內(nèi)、國(guó)際貿(mào)易的影響，我們應(yīng)該有緊迫感和強(qiáng)烈的責(zé)任感。