典型家用电器电磁兼容共性技术研究

1 引言
电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）在国家标准GB/4365－1995《电磁兼容性术语》中的定义为：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能忍受的电磁骚扰的能力”。“能正常工作”指的是“电磁敏感性”（Electromagnetic Susceptibility，简称EMS），即：在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能下降的能力；“不对任何事物构成不能忍受的电磁骚扰的能力”指的是“电磁干扰”（Electromagnetic Interference，简称EMI），即：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。因此，EMC包括EMS和EMI两个方面。
随着电子技术的发展和生产工艺的提高，各种各样的家用电磁层出不穷，结构也日趋复杂。许多家用电器既是电磁干扰的接受体，又是电磁干扰的发生体。人们正不断置身与一个复杂的电磁环境中，并随时可能受到电磁干扰的危害。国家技术监督局与1996年在上海召开了“贯彻实施家用电器、电动工具的无线电干扰国际讨论会”，强调现阶段要进一步加强宣传贯彻EMC强制性国家标准，特别是家用电器、电动工具、信息技术设备等行业要尽快开展这项工作。
电磁兼容性已成为衡量家用电器产品质量的重要指标。目前，典型的家用电器主要包括电风扇、洗衣机、电冰箱、空调、电子游戏机、电磁灶、微波炉等，都会产生不同程度的电磁干扰，尤其是带微处理器的空调、洗衣机等，其运行时产生的电磁干扰是相当严重的。由于家用电器种类繁多、电磁兼容技术要求复杂，对“典型家用电器EMC的共性技术研究”就显得尤为重要。

2 家用电器电磁兼容（EMC）认证的标准及检验项目
GB 4343.1-2003 《电磁兼容 家用电器、电动工具和类似器具的要求 第1部分：发射》 该标准于2004年6月1日起实施。本部分适用于其主要功能由电动机、开关或调节装置实现的器具产生的射频传导和辐射骚扰。
GB 4343.2-1999 《电磁兼容 家用电器、电动工具和类似器具的要求 第2部分：抗扰度》该标准于2000年4月1日起实施[1]。本标准适用于家用和类似用途电器、类似器具、电动玩具以及电动工具的电磁抗扰度。
电磁抗扰度（EMS）的检验项目有：①静电放电抗扰度；②辐射电磁场（80MHz～1000MHz）；③电快速瞬变/脉冲群抗扰度；④浪涌（雷击）抗扰度；⑤注入电流（150kHz～230MHz）抗扰度；⑥电压暂降和短时中断抗扰度。
电磁发射（EMI）的检验项目有：①连续干扰电压（150KHz～30MHz）；②断续干扰电压（喀呖声）（150kHz、500kHz、1.4MHz和30MHz）；③干扰功率（30MHz～300MHz）；④谐波电流（2～40次谐波）。

3 共性技术研究
所谓“典型家用电器电磁兼容共性技术”是指“就电磁兼容而言，家用电器中普遍存在的问题及解决的措施”，而不是指具体的某类家用电器。本文通过对典型家用电器的开关电源、电动机、微处理器的电磁兼容技术研究，针对其引起的静电放电、电快速瞬变脉冲群、浪涌等干扰，给予普遍适用的有效的解决措施。
3.1 开关电源
功率半导体器件的高速开关动作，不可避免地要产生大量的EMI。作为能量转换装置，其电压、电流变化率很高，干扰强度很大；开关频率不高，主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰[2]。
由于频繁的动作，开关电源在电路的导通或闭合时，会有大量的电荷聚集在电源线和电器的内部器件上，这样必然会产生静电干扰；同时，由于电压、电流的高变化率，会产生快速瞬变脉冲干扰。
开关电源的干扰以传导干扰为主，EMI滤波器是目前最有效的抑制方法。此外，经验表明开关电源的EMC性能往往可以在不增加任何元器件和改变线路的条件下通过修改印刷线路板的布线设计大大得到改善。
3.2 电动机
许多家用电器是用电动机驱动的。带换向器式电动机的家用电器产生的电磁骚扰尤为严重。由于其带有换向器和电刷，在转子高速旋转时，电刷不断地接通和断开，极易产生电刷电弧，形成火花骚扰；电动机为感性负载，当切换负载的供电电源时会产生高反向电压。火花骚扰和高反向电压均具有频谱宽、谐波丰富的特点，而这些频率范围覆盖了许多广播、通讯等电子设备的正常工作频率，严重时会影响设备无法正常工作。
消除电动机产生骚扰的行之有效的方法是滤波、屏蔽和接地。
3.3微处理器
微处理器的使用使得家用电器更加智能化。然而，由于微处理器的PCB板有大量的数字线路板，其上的时钟、视频和数据驱动器，及其它振荡器中流动的电流是主要的骚扰源。这些电流还可以通过电线产生传导干扰和过空间产生辐射骚扰。
家用电器中微处理器电路的各种外部集成电路是用总线形式连接的，靠地址线选通外设，在未被微处理器选中时，器件处于高阻状态，在一定条件下，电荷很容易产生积累，并在被选中时产生静电放电。
值得提出的是，除了解决上述EMI之外，微处理器还特别要提高自身的抗干扰性（EMS）。高频数字脉冲一旦受到外界的骚扰，很容易不能正常工作，甚至造成整个系统的崩溃。

4 抗干扰措施
4.1静电放电（ESD）抗干扰
静电干扰来源于人体放电、设备、器件的电荷积累放电等。
家用电器抗静电干扰设计在于良好的接地和结构设计。
接地的作用有两个：安全地（为有损害的电路提供一个同路），参考地（为从外部进入到系统的信号提供一个参考）。地线干扰按照产生的机理可分为地环路干扰和公共阻抗干扰。地环路干扰是由地线和电缆组成的环路电流产生的。通常减小地环路干扰的有效途径有：将一端的设备浮地、使用变压器实现设备之间的连接、使用光电隔离器、使用公模扼流圈等；公共阻抗干扰顾名思义，是由于两个电路共用一段地线，地线本身又具有阻抗而产生的。减小共用阻抗干扰的途径有两个：一是减小公共地线部分的阻抗，这样公共地线上的电压也随之减小，从而控制公共阻抗耦合；二是通过恰当的接地方式，避免容易相互干扰的电路共用地线，一般要避免强电于弱电电路共用地线，避免数字与模拟电路共用地线。