小家電控制板電磁兼容EMC問題

1、0 引言 小家電控制板的小體積，低成本決定了其在線路中不能使用高成本的材料來解決其電磁干擾問題。事實(shí)上，在實(shí)際的使用中，小家電控制板的干擾主要來自三大方面：其一是控制板本身產(chǎn)生的干擾，其二是來自負(fù)載的干擾，其三是來自線路上的干擾。解決這些干擾可以分別采用不同的方案來完成。1 控制板自身的干擾1.1 控制板本身產(chǎn)生的干擾小家電控制板中常用的繼電器、可控硅以及高頻時(shí)鐘等，都可能成為小家電控制板的自身干擾源。對(duì)于以上干擾，其解決方法可以從以下方面人手來完成：(1) 在繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。 (2) 在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路(一般是RC串聯(lián)電路，電阻一般選

2、幾千歐到幾十千歐，電容選0.01F)，以減小電火花影響。(3) 在電路板上每個(gè)IC上并接一個(gè)0.01F0.1F高頻電容，以減小IC對(duì)電源的影響。但應(yīng)注意高頻電容的布線，連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，而這會(huì)影響濾波效果。(4) 布線時(shí)應(yīng)避免90度折線，并盡量減少高頻噪聲發(fā)射。(5) 在可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產(chǎn)生的噪聲(該噪聲嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)把可控硅擊穿的)。(6) 注意晶振布線。晶振與芯片引腳應(yīng)盡量靠近，并用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼要接地并固定。最好在能使用低速晶振的場(chǎng)合盡可能選用低速晶振。 (7) 對(duì)電路板合理分區(qū)(如強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信

3、號(hào))。盡可能把干擾源(如電機(jī)、繼電器)與敏感元件(如單片機(jī))遠(yuǎn)離。(8) 交流端用電感電容濾波：去掉高頻低頻干擾脈沖，VCC和GND之問接電解電容及瓷片電容，以去掉高、低頻干擾信號(hào)。1.2 控制板本身的傳導(dǎo)干擾為防止控制板電路產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，可在電路的進(jìn)人口(即AC兩端)并接上一個(gè)電容C，圖1所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的電容抗擾電路連接圖。圖中的電容屬于安全電容，但必須在該電容的兩端并聯(lián)一個(gè)安全電阻，以用于防止電源線拔插時(shí)電源線插頭長時(shí)間帶電。因?yàn)榘踩珮?biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)正在工作之中的機(jī)器電源線被拔掉時(shí)，在兩秒鐘內(nèi)，電源線插頭兩端所帶的電壓(或?qū)Φ仉娢?必須小于原來電壓的30。該電容必須經(jīng)過安全檢測(cè)部門認(rèn)證過后才

4、能使用。電容的耐壓一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和AC250V或AC275V字樣，但其真正的直流耐壓應(yīng)達(dá)到2 000 V以上。而且在使用的時(shí)候，不要隨便用AC250V或DC400V之類的電容來代用?？箶_電容一般都選用紋波電流比較大的聚脂薄膜安全電容，這種電容體積一般都很大，其允許瞬間充放電的電流也很大，即內(nèi)阻比較小。而普通電容紋波電流的指標(biāo)一般都很小，動(dòng)態(tài)內(nèi)阻比較大，因此，用普通電容代替安全電容，除了耐壓條件不能滿足以外，一般紋波電流指標(biāo)也是難以滿足要求的。實(shí)際上，光靠用安全電容就想把傳導(dǎo)干擾信號(hào)完全濾除是不可能的。因?yàn)楦蓴_信號(hào)的頻譜非常寬，基本覆蓋了幾十千赫芝到幾百兆赫芝甚至上千兆赫芝的頻率范圍。一

5、般對(duì)低端干擾信號(hào)，其濾除需要很大容量的濾波電容，但受到安全條件的限制，電容的容量不能太大；而對(duì)高端干擾信號(hào)的濾除，大容量電容的濾波性能又極差，特別是聚脂薄膜電容的高頻性能一般都比較差，并且聚脂薄膜介質(zhì)的高頻響應(yīng)特性與陶瓷或云母相比相差很遠(yuǎn)，此外，一般聚脂薄膜介質(zhì)都具有吸附效應(yīng)，因此它會(huì)降低電容器的工作頻率。聚脂薄膜電容工作頻率范圍大約都在1 MHz左右，超過1 MHz時(shí)其阻抗將顯著增加。因此，抑制電子控制板本身產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾除了選用這種電容進(jìn)行濾波以外，一般還要同時(shí)選用多個(gè)電感濾波器一起組合來對(duì)干擾進(jìn)行濾波。電感濾波器屬于低通濾波器，但電感濾波器也有很多種類和無數(shù)種規(guī)格(例如差模、共模，以及高

6、頻、低頻)等，每種電感主要都是針對(duì)某一小段頻率的干擾信號(hào)而起濾除作用，而對(duì)其它頻率的干擾信號(hào)的濾除作用不大。因?yàn)?，電感量很大的電感，其線圈匝數(shù)很多，分布電容也很大，高頻信號(hào)會(huì)通過分布電容旁路掉，另外，導(dǎo)磁率很高的磁芯，其工作頻率也不高。目前，國內(nèi)大量使用的電感濾波器磁芯的工作頻率大多數(shù)都在75MHz以下，對(duì)于工作頻率要求比較高的場(chǎng)合，必須選用高頻環(huán)形磁芯，高頻環(huán)形磁芯導(dǎo)磁率一般都不高，但其漏感特別小。2 負(fù)載干擾小家電中的負(fù)載包括線性負(fù)載(如熱水器，等)和非線性負(fù)載(豆?jié){機(jī)，絞肉機(jī)等)。由于非線性負(fù)載為頻普極寬的干擾源。因此，對(duì)于以上干擾，特別是非線性負(fù)載的干擾，其抑制方法主要有兩種一是從非線

7、性負(fù)載(如電機(jī))本身入手。因?yàn)椴磺‘?dāng)?shù)牟僮鹘佑|器的接觸不良炭刷不干凈等，都會(huì)產(chǎn)生數(shù)倍于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的干擾情況，為了減少干擾，就應(yīng)當(dāng)保證接觸器的接觸可靠、開合動(dòng)作的正常和觸頭的壓力，而且還要保持炭刷和換向器的干凈，還應(yīng)保證炭刷本身的質(zhì)量和換向器的光潔度；同時(shí)還要保護(hù)炭刷對(duì)換向器有適當(dāng)?shù)膲毫Γ蛔詈筮€要使機(jī)座的固定可靠，避免機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引起的運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)。 其二則是采用必要的電氣濾波方式，其電路連接如圖2所示。該電路的目的是為干擾電勢(shì)提供一個(gè)低阻抗的通路，以抑制干擾值。圖2中，C1為電感成分較小的電容，一般為幾十幾百nF；C2選用穿心電容，一般為14.7 nF。增加該電容的目的是為了抑制噪聲，但電容的安裝位

8、置不同，以甚高頻段的干擾抑制效果會(huì)有很大變化，所以，安裝時(shí)要特別注意電容的接地外殼應(yīng)與電動(dòng)機(jī)座或金屬外殼的最短連接。同時(shí)應(yīng)在連線時(shí)使電容器的輸入、輸出部分的電磁耦合盡可能地減少。此外，還有一組典型的形干擾抑制器電路，可同時(shí)抑制對(duì)稱和不對(duì)稱干擾。其具體電路如圖3所示。3 線路干擾線路干擾的干擾源主要來自外界電磁場(chǎng)在導(dǎo)線上感應(yīng)出的電壓，電源線上其它電器發(fā)射的和感性負(fù)載通斷造成的干擾，以及浪涌(雷擊)產(chǎn)生的干擾等。3.1 電磁場(chǎng)在電纜上的感應(yīng)電磁場(chǎng)在導(dǎo)線中感應(yīng)出的電壓一般是共模電壓，而負(fù)載上的電壓則以系統(tǒng)中的公共導(dǎo)體或大地為參考點(diǎn)。一般以系統(tǒng)中的參考地線面為參考點(diǎn)。對(duì)于多芯電纜來說，這意味著電纜中的

9、所有導(dǎo)體都暴露在同一個(gè)場(chǎng)中，它們上面所感應(yīng)的電壓取決于每根導(dǎo)體與參考點(diǎn)之間的阻抗。抑制干擾的方法可以使用共模移值法，其原理圖如圖4所示。圖4中共模扼流圈的特殊繞制方法決定了它僅對(duì)共模電流有抑制作用，而對(duì)電路工作所需要的差模電流沒有影響。因此，共模扼流圈是解決共模干擾的理想器件。理想的共模扼流圈的低頻共模抑制作用較小，而隨著頻率的升高，抑制效果增加。這與平衡電路低頻共模抑制比高，隨著頻率升高平衡性變差，共模抑制比降低的特性正好相反，因此它們具有互補(bǔ)性。所以，在平衡電路中使用共模扼流圈后，電路可在較寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的共模抑制比。3.2 浪涌干擾浪涌是指電源電壓和電流的變動(dòng)，負(fù)載開關(guān)的閉合、自然界的雷擊都可能引起浪涌，且其危害較大，有時(shí)可能引起振蕩甚至燒壞整個(gè)系統(tǒng)。家用電器一般不會(huì)直接受到雷電的干擾，大多是通過傳導(dǎo)線路中的感應(yīng)電流或電壓引起的騷擾。良好的接地是解決這一干擾的有效手段。防止浪涌干擾的常用器件有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電