1、家用電器電磁騷擾對(duì)電磁環(huán)境的影響

家用電器電磁騷擾對(duì)電磁環(huán)境的影響包括靜電放電、脈沖群、雷擊浪涌、電磁騷擾等。近年來(lái)，隨著家用電器品種越來(lái)越多，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大；同時(shí)，進(jìn)口產(chǎn)品也充斥市場(chǎng)。另一方面，隨著微電子控制技術(shù)的發(fā)展，電子家電產(chǎn)品大量涌現(xiàn)。由此而產(chǎn)生的電磁騷擾在對(duì)其它家用電器或電子設(shè)備的正常使用和可靠性產(chǎn)生影響和危害的同時(shí)，也對(duì)人們的身體健康造成了直接影響。隨著我國(guó)電磁兼容認(rèn)證制度的建立和完善，我國(guó)電子產(chǎn)品，包括家用電器的電磁兼容性將會(huì)不斷提高，進(jìn)而逐漸減小電磁環(huán)境污染，保護(hù)廣大用戶的切身利益。

按照家用電器的電磁兼容性設(shè)計(jì)對(duì)電磁環(huán)境產(chǎn)生影響的原因，可將家用電器分為以下幾種類(lèi)型：

(1) 由帶有換向器的電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，電刷與換向器接觸形成火花而產(chǎn)生電磁騷擾的家用電器，如吸塵器、電吹風(fēng)、電動(dòng)縫紉機(jī)、食品攪拌器、電動(dòng)剃須刀等；電磁騷擾是指任何可能引起其它家用電器或電子設(shè)備性能降低或?qū)θ梭w健康產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象；

(2) 由于頻繁的開(kāi)關(guān)動(dòng)作而產(chǎn)生電磁騷擾的家用電器，如電飯堡、電熨斗、電烤箱、電冰箱、洗衣機(jī)等；

(3) 啟動(dòng)時(shí)可能引起低壓配電網(wǎng)各項(xiàng)指標(biāo)下降，導(dǎo)致其它家用電器或電子設(shè)備不能正常運(yùn)行的家用電器，如空調(diào)器啟動(dòng)時(shí)所需的大電流會(huì)使電網(wǎng)電壓暫時(shí)下降，電動(dòng)機(jī)或電感性鎮(zhèn)壓流器等電感性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致電源功率因數(shù)下降，變頻調(diào)速式空調(diào)器中的電力電子器件還會(huì)產(chǎn)生電源諧波等；

(4) 帶有可控硅器件的家用電器，如電子調(diào)光燈、電風(fēng)扇多功能控制器等，會(huì)產(chǎn)生高次諧波騷擾；

(5) 各種氣體放電燈，如熒光燈等氣體放電時(shí)形成的等離子體，會(huì)產(chǎn)生電磁騷擾；

(6) 帶有微處理器的家用電器，如模糊類(lèi)家電、帶遙控的家電、全自動(dòng)洗衣機(jī)、影碟機(jī)、組合音響、家庭影院、熱水器、微波爐等，它們所采用的二電平數(shù)字信號(hào)會(huì)引起電磁騷擾，而且，隨著時(shí)鐘頻率的不斷提高，其騷擾頻譜可高達(dá)數(shù)百兆赫；

(7) 微波爐、電磁灶、家庭影院功率放大器等所產(chǎn)生的電磁能量泄漏，不僅會(huì)引起電磁騷擾，而且還將對(duì)人體健康造成危害。

家用電器產(chǎn)生的電磁騷擾如果超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，就會(huì)造成電磁環(huán)境污染。例如，騷擾收音機(jī)、電視機(jī)的收聽(tīng)、收看；使計(jì)算機(jī)及其控制的電器發(fā)生誤操作或丟失數(shù)據(jù)；使醫(yī)療器械如心臟起博器工作失常等；對(duì)人體健康的影響包括出現(xiàn)血流加快、局部體溫升高、酶活性降低、蛋白質(zhì)變性、心率改變、局部組織受損等，此外，還會(huì)對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)、血液與免疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等造成不佳影響。

2、家用電器的電磁兼容性

家用電器的電磁兼容性是指家用電器在其電磁環(huán)境中能正常工作，不會(huì)造成性能降級(jí)，而且，不會(huì)對(duì)該電磁環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。這就是說(shuō)，在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，每臺(tái)家用電器除了本身要能抗住外來(lái)電磁騷擾，能正常運(yùn)行以外，還不能騷擾其它家用電器或電子設(shè)備的正常運(yùn)行，不能對(duì)人體健康造成危害。這就是家用電器電磁兼容性需要解決的問(wèn)題。

3、家用電器電磁兼容性設(shè)計(jì)

家用電器電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的就是要使家用電器具有電磁兼容性。這要從分析電磁騷擾源、騷擾耦合途徑和敏感電路入手，設(shè)計(jì)接地、屏蔽、濾波等防護(hù)措施，在騷擾源處抑制電磁騷擾，切斷對(duì)電磁騷擾的耦合，增強(qiáng)敏感電路的抗擾性等。經(jīng)驗(yàn)證明，在家用電器功能設(shè)計(jì)的初始階段，同時(shí)進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)，可以把電磁騷擾和抗擾度等電磁兼容性問(wèn)題解決在產(chǎn)品定型之前；如果等到產(chǎn)品定型以后，甚至等到生產(chǎn)階段或到了用戶手里以后，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題才去解決，非但將在技術(shù)上帶來(lái)很大難度，而且會(huì)造人力、財(cái)力極大的浪費(fèi)。所以，盡早解決電磁兼容性問(wèn)題是十分必要的。那種不顧電磁兼容性，只按常規(guī)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，然后對(duì)樣品進(jìn)行電磁兼容性測(cè)試，出了問(wèn)題再進(jìn)行補(bǔ)救的做法，是一種非常冒險(xiǎn)的做法，是完全不可取的。

3.1 家用電器電磁兼容性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是有源器件的選擇和印刷電路板設(shè)計(jì)

例如，數(shù)字電路是一種常見(jiàn)的寬帶騷擾源，其上升／下降時(shí)間越短，騷擾頻譜越寬，高頻分量可延伸到兆赫以上。因此，在保證電路功能的同時(shí)，應(yīng)選用較低的脈沖重復(fù)頻率和較慢的上升／下降時(shí)間。又如家庭影院的功放管是重要的電磁騷擾源，除了選用功率適當(dāng)?shù)钠骷?，還應(yīng)從諧波發(fā)射和亂真發(fā)射等技術(shù)指標(biāo)方面進(jìn)行篩選。另一方面，高速邏輯電路、高速時(shí)鐘電路、微處理器以及視頻電路等，既是潛在的電磁騷擾源，卻又很容易被騷擾，如果脈沖騷擾的強(qiáng)度超過(guò)該電路的噪聲容限，就會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。CMOS和HTL器件具有較高的噪聲容限，應(yīng)優(yōu)選使用。

為了控制差模輻射，還應(yīng)將信號(hào)線和回線緊靠在—起，減小信號(hào)路徑形成的環(huán)路面積。因?yàn)樾盘?hào)環(huán)路的作用就相當(dāng)于輻射或接收磁場(chǎng)的環(huán)天線。由于接地面存在阻抗而存在地電位，即共模電壓，它能在外接電纜上激勵(lì)共模輻射。為了控制共模輻射，就應(yīng)減小共模電壓，合理選擇接地點(diǎn)；也可采用板上濾波器或?yàn)V波器連接器濾除共模電流；當(dāng)然，如果使屏蔽電纜的屏蔽層與屏蔽機(jī)箱構(gòu)成完整的屏蔽體，也能達(dá)到抑制共模輻射的效果。此外，降低信號(hào)頻率和電平也是減小輻射的重要措施。為了進(jìn)一步減小印刷電路板導(dǎo)線的輻射，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)滿足20H準(zhǔn)則和2W準(zhǔn)則。這里H是印刷電路板兩層板之間的距離，即元件面應(yīng)比接地面縮小20H寬度，避免因邊緣效應(yīng)引起的輻射；W是印剛電路板導(dǎo)線的寬度，即高頻或高速電路導(dǎo)線間距不小于兩倍導(dǎo)線寬度，以減小串?dāng)_。導(dǎo)線應(yīng)短、寬、均勻、直，如遇拐彎，應(yīng)采用45°角，導(dǎo)線寬度不要突變，不要突然拐角。 

應(yīng)當(dāng)注意，單面板雖然制造簡(jiǎn)單、裝配方便，但只適用于一般電路要求，不適用于高組裝密度或復(fù)雜電路的場(chǎng)合；雙面板適用于只要求中等組裝密度的場(chǎng)合；對(duì)于高組裝密度或復(fù)雜電路，應(yīng)優(yōu)選多層板。這時(shí)，可將數(shù)字電路和模擬電路分別安排在不同層內(nèi)，電源層和接地層相鄰，騷擾源單獨(dú)安排并遠(yuǎn)離敏感電路；高速、高頻電路應(yīng)靠近邊緣連接器。完成印刷電路板設(shè)計(jì)后，應(yīng)使板上各電路都能正常工作，不存在相互騷擾，能將騷擾發(fā)射降至*低并且有良好的抗擾性。

3.2 家用電器的電磁兼容性設(shè)計(jì)，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)

家用電器的安全地，要提供對(duì)人身和家用電器的可靠安全保證，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(lèi)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)，然后集中為一條地線，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，然后再合一、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?？梢钥吹剑帘渭夹g(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(chēng)為通帶，而受到很大衰減的頻率范圍稱(chēng)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 要綜合使用接地、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。

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(lèi)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。