家用電器的電磁兼容整改

屠黎娜,徐哲諄

（浙江立德產(chǎn)品技術(shù)有限公司，杭州 311215）

家用電器的電磁兼容整改

屠黎娜,徐哲諄

（浙江立德產(chǎn)品技術(shù)有限公司，杭州 311215）

結(jié)合作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了家用電器在電磁兼容試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題及整改方案，并列舉簡單的實(shí)例進(jìn)行分析，對涉及到的基本概念進(jìn)行明確的定義，對工程應(yīng)用具有實(shí)踐和指導(dǎo)意義。

家用電器；電磁騷擾；電磁兼容整改；濾波

引言

對一個(gè)家用電器產(chǎn)品來說，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮其電磁兼容性，這樣可以將產(chǎn)品在生產(chǎn)階段出現(xiàn)電磁兼容問題的可能性減少到一個(gè)較低的程度。其是否滿足要求，最終要通過電磁兼容測試檢驗(yàn)其電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的符合性。

由于電磁兼容的復(fù)雜性，即使對一個(gè)電磁兼容設(shè)計(jì)問題考慮得比較周全的產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)制造過程中，難免出現(xiàn)一些電磁干擾的因素，造成最終電磁兼容測試不合格。在電磁兼容測試中，這種情況還是比較常見的。

當(dāng)然，對產(chǎn)品定型前的電磁兼容測試不合格的問題，我們可以遵循正常的電磁兼容設(shè)計(jì)思路，按照電磁兼容設(shè)計(jì)規(guī)范，針對產(chǎn)品存在的電磁兼容問題重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，從源頭上解決存在的電磁兼容隱患。但按照我國的國情，許多家電產(chǎn)品在進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)早已定型、外殼已經(jīng)開模、內(nèi)部PCB板已經(jīng)流水線加工，甚至成品都已經(jīng)生產(chǎn)出來等著出貨。對此類家電產(chǎn)品存在的電磁兼容問題，只能分析原因、對癥下藥，哪里有問題就在哪里整改，以對產(chǎn)品的最小改動(dòng)使其達(dá)到電磁兼容要求。這就屬于電磁兼容整改的范疇，屬于本文需要探討的問題［1］。

1 常見的電磁兼容整改措施

EMC問題的整改要遵循一定的方法，出現(xiàn)問題一般應(yīng)對問題進(jìn)行分析，確定問題的范圍，初步分析可能的原因，根據(jù)測試現(xiàn)象分析導(dǎo)致這種結(jié)果的因素，明確處理問題的方向，從干擾源、耦合路徑、敏感源入手，分析出現(xiàn)問題的原因，根據(jù)原因確定測試切實(shí)可行的整改方案。

開始處理問題時(shí)，一般要先確認(rèn)系統(tǒng)的接地情況，因?yàn)榻拥夭涣伎赡軙?huì)引起多種問題發(fā)生。確定接地良好以后再對出現(xiàn)問題的最可能的原因進(jìn)行處理，按照電磁兼容設(shè)計(jì)理論進(jìn)行整改，著重查找濾波前后的信號是否出現(xiàn)交叉，線纜的屏蔽接地情況是否良好，是否出現(xiàn)高壓線纜和低壓線纜交叉布線的情況［2］。在不影響性能的前提下，適當(dāng)調(diào)整設(shè)備線纜走向和排列，做到不同類型的線纜相互隔離。

在設(shè)備電源輸入端加裝電源濾波器也是解決問題的有效方法之一。選擇合適的濾波器是必需的，濾波器的特性直接決定了系統(tǒng)的傳導(dǎo)發(fā)射指標(biāo)。濾波器的安裝很重要，要按照標(biāo)準(zhǔn)的濾波器安裝方法進(jìn)行，其輸入/輸出引線嚴(yán)禁交叉，以避免線間耦合，接地用短而粗的接地銅帶連接，最好將濾波器的一個(gè)平面和接地面良好接觸［2］。但濾波器成本較高，可以選擇X電容、Y電容、共模扼流圈、差模電感、磁珠等分立元器件構(gòu)成組合式電源濾波電路，其特點(diǎn)是成本低廉，參數(shù)調(diào)整靈活，適用性強(qiáng)。

另外，在可能的情況下，對重要器件進(jìn)行屏蔽、隔離處理，如加裝接地良好的金屬隔離板或小的屏蔽罩等。

2 家電產(chǎn)品電磁騷擾發(fā)射情況的整改

當(dāng)今社會(huì)，家用電器正朝著節(jié)能、智能、自動(dòng)、方便、舒適的方向發(fā)展。由于家用電器的品種越來越多，在生活環(huán)境中的家用電器數(shù)量也越來越多，因此，家用電器工作時(shí)所產(chǎn)生的電磁騷擾對于同一環(huán)境中其他用電設(shè)備可靠性的影響，以及對于人們身體健康的影響等問題愈發(fā)引起人們廣泛關(guān)注。目前，保護(hù)電磁環(huán)境和防止電磁污染的問題，已引起世界各國各有關(guān)國際組織的普遍關(guān)注，設(shè)備的電磁兼容性實(shí)際上已成為市場的準(zhǔn)入指標(biāo)。在我國家用電器產(chǎn)品的強(qiáng)制性認(rèn)證中，產(chǎn)品的電磁兼容性也變得和產(chǎn)品的電氣安全性同等重要。

2.1 家電產(chǎn)品中的電磁騷擾發(fā)射

在對家電產(chǎn)品進(jìn)行3C認(rèn)證的電磁兼容測試時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有諧波電流和電磁騷擾的發(fā)射存在超標(biāo)問題。例如電吹風(fēng)存在諧波電流、騷擾電壓和騷擾功率超標(biāo)；可以調(diào)速的真空吸塵器常存在諧波電流超標(biāo)，不可調(diào)速的真空吸塵器常存在騷擾電壓和騷擾功率超標(biāo)；帶機(jī)械式定時(shí)器的洗衣機(jī)也是騷擾電壓和騷擾功率超標(biāo)。

造成家用電器的諧波電流超標(biāo)的主要原因是電路中存在非線性元器件。這里有兩個(gè)方面：①電路中擁有鐵磁飽和特性的變壓器、鐵心電抗器等；②設(shè)備內(nèi)部裝有采用電力電子器件（二極管、可控硅、VMOS 管和IGBT管等）的開關(guān)電源和變頻器等。

家用電器的騷擾電壓和騷擾功率超標(biāo)則是由于在其內(nèi)部采用了開關(guān)電源、變頻器和高速數(shù)字電路，這些功率電子部件和高速電子線路工作中所產(chǎn)生的電壓和電流瞬變是形成高頻電磁騷擾的主要原因。此外，設(shè)備內(nèi)部的繼電器、定時(shí)器、熱斷路器的動(dòng)作，開關(guān)觸點(diǎn)在斷開和接觸過程中所產(chǎn)生的電弧也是產(chǎn)生高頻電磁騷擾的重要原因［3］。

2.2 家電產(chǎn)品電磁騷擾發(fā)射情況的整改實(shí)例

2.2.1 調(diào)速、調(diào)溫電吹風(fēng)的諧波電流抑制

采用二極管的單相導(dǎo)電性能可以將電吹風(fēng)中電機(jī)和電熱絲的工作電流減半，達(dá)到電吹風(fēng)的調(diào)速和調(diào)溫的目的，見圖1。圖中S1和S2是開關(guān)，D1～D5是二極管，M 是電機(jī)，R1是保護(hù)電阻，R2是電熱絲，TH1是熱斷路器。

圖1中的開關(guān)S1和S2的動(dòng)作見表1所示。電吹風(fēng)檔位見圖2，0檔是空檔；Ⅰ檔是微風(fēng)、低溫檔；Ⅱ檔是強(qiáng)風(fēng)、高溫檔。

對于電吹風(fēng)的Ⅰ檔，就是利用二極管的單向?qū)щ娦阅苁沟昧鬟^電機(jī)和電熱絲的電流減半來實(shí)現(xiàn)的（在一個(gè)工頻周期中，只有一半時(shí)間是有電流流過的，見圖3所示，流過的電流呈脈動(dòng)形狀）。

圖1 整改前的調(diào)速、調(diào)溫電吹風(fēng)控制線路

圖2 電吹風(fēng)的檔位

表1 整改前的電吹風(fēng)工作情況說明

圖3 二極管單向?qū)щ娦允沟昧鬟^電機(jī)和電熱絲的電流呈脈動(dòng)狀

二極管的這種工作方式，雖然使得流過電吹風(fēng)的電流依然保持有周期性這一特點(diǎn)，但是電流卻是單方向的，即：

由于是周期信號，上述函數(shù)可以展開成傅里葉級數(shù)：

從上式可見，工作在電吹風(fēng)Ⅰ檔時(shí)，流過電吹風(fēng)的電流含有直流、基波電流和大量的偶次諧波電流。最終導(dǎo)致了電吹風(fēng)的諧波電流超標(biāo)（見GB 17625.1）。

基于電吹風(fēng)的這種工作情況，有必要對電吹風(fēng)的控制線路作一些改變，詳情參見圖4所示。二極管只是控制直流電機(jī)回路，用以調(diào)節(jié)風(fēng)速，而溫度的高低是通過電熱絲電阻的變化來實(shí)現(xiàn)的（電熱絲一拆為二，分兩種情況工作，但都由交流直接供電），這樣就可以避免二極管上流過大電流，從而減少了流過電吹風(fēng)里的諧波電流。

表2是整改后的開關(guān)動(dòng)作情況。整改前后的諧波電流頻譜對比見圖5所示。二次諧波電流由1.325A減少到0.388A，同時(shí)也減少了所有偶次諧波電流的電流大小。

可見，要想解決一個(gè)產(chǎn)品的諧波電流問題，要從分析產(chǎn)品諧波電流超標(biāo)的主要原因著手，然后制訂電路的整改方案，很有可能在電路控制方面只是作了很小的改動(dòng)，但這一改動(dòng)卻是關(guān)鍵性的，真正解決了產(chǎn)品存在的問題。

圖4 電吹風(fēng)控制線路的整改

表2 整改后的電吹風(fēng)工作情況說明

2.2.2 真空吸塵器電磁騷擾的抑制

家用吸塵器廣泛使用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，吸塵器產(chǎn)生的電磁騷擾主要是由電動(dòng)機(jī)工作引起的。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，炭刷將相鄰的換向片短路，導(dǎo)致參與換向的電樞線圈短路，回路流過短路電流。當(dāng)換向片轉(zhuǎn)到與炭刷斷開的位置時(shí)，炭刷和換向片之間產(chǎn)生火花，從而形成電磁騷擾。這種電磁騷擾的頻譜較寬且連續(xù)分布，對廣播電視產(chǎn)品、通信類產(chǎn)品及其他電子類產(chǎn)品有較大的干擾作用［3］。

另外，真空吸塵器中的一些非線性器件工作，如可控硅、二極管等，由于其導(dǎo)通和截止的工作特性和導(dǎo)通的穩(wěn)定性較差，也會(huì)產(chǎn)生高頻電磁騷擾。

上述這些電磁騷擾都會(huì)通過與電動(dòng)機(jī)連接的導(dǎo)線以傳導(dǎo)和輻射的方式向公共電網(wǎng)和空間傳播，直接或間接影響其他設(shè)備的正常工作。

為了抑制這些騷擾，使用最多的是濾波措施。電動(dòng)機(jī)炭刷會(huì)產(chǎn)生共模騷擾和差模騷擾，解決的方案主要是采用電容、電感組合濾波，還有接地等。對于共模騷擾，可將電容器接在電動(dòng)機(jī)的每根引線和地之間，對于差模騷擾，可將電容器跨接在電源L、N之間。一般來說，由炭刷產(chǎn)生的騷擾基本是差模的，是由炭刷和換向器觸點(diǎn)斷開時(shí)產(chǎn)生的。

圖5 電吹風(fēng)控制線路整改前后的諧波電流頻譜對比

圖6是一種常用的低通濾波電路。接在電源輸入端的濾波器為工頻電源提供低阻抗通路，對于頻率較高的騷擾信號則產(chǎn)生較大衰減，實(shí)現(xiàn)騷擾的抑制，削弱了向電網(wǎng)側(cè)的傳導(dǎo)騷擾的輸出。其中C1用于抑制差模騷擾，其典型值為0.1μ F～0.47μ F，C2、C3用于抑制共模騷擾，其典型值為1000pF～4700pF。要使電容器有比較好的濾波效果，它與騷擾源之間的連線要盡量短。

若要進(jìn)一步降低電動(dòng)機(jī)在高頻下的電磁騷擾，除了加電容外，還可以在電源線上套鐵氧體磁環(huán)（電源線的相線L和中線N共套一個(gè)磁環(huán)），這樣還能提高幾個(gè)dB的騷擾抑制效果。

除了濾波的方法，抑制騷擾也可以從串勵(lì)電機(jī)本身入手，因?yàn)榻佑|部分的接觸不良、炭刷的不干凈都會(huì)產(chǎn)生數(shù)倍于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的騷擾情況。為了減小騷擾，要保持接觸部分的接觸可靠，開、合動(dòng)作正常，觸頭的壓力要保持均勻；要保持炭刷和換向器的干凈，保證炭刷本身的質(zhì)量（用軟一些和品質(zhì)純凈一些的材料）和換向器的光潔度；另外，要保持炭刷對換向器有適當(dāng)?shù)膲毫Γ▔毫ι源笠恍?，有利于降低騷擾的值，但過大的壓力會(huì)縮短炭刷的壽命和產(chǎn)生一些其他問題）。同時(shí)，要注意內(nèi)部的走線整潔、清晰，連線要盡可能短，避免形成不必要的環(huán)路，以減少線路的輻射。最后，要注意刷握和機(jī)座的固定牢靠，避免電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)引起刷握跳動(dòng)產(chǎn)生高頻分量［4］。

圖7a是一臺未經(jīng)處理的真空吸塵器傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果，從該頻譜看，主要是差模騷擾，為此，先在吸塵器開關(guān)后面電源兩端接入一個(gè)0.33μ F的電容器，測得的曲線已經(jīng)滿足要求（見圖7b所示）。如果加一個(gè)電容還不行，可以嘗試在電動(dòng)機(jī)炭刷兩端并接一個(gè)1000pF～4700pF的電容，在炭刷和定子激磁線圈間分別串接一個(gè)相同的電感，電感量大約為10～25μ H，電感的作用是防止炭刷在通過換向器的間

隙時(shí)使流進(jìn)炭刷的電流產(chǎn)生突變。經(jīng)過這樣的組合濾波，相信應(yīng)該能抑制大部分的傳導(dǎo)騷擾。

2.2.3 帶機(jī)械開關(guān)的洗衣機(jī)傳導(dǎo)騷擾發(fā)射情況整改

雙桶洗衣機(jī)的工作原理是通過各種開關(guān)組成控制電路來控制電動(dòng)機(jī)、進(jìn)水閥、排水電磁鐵的電壓輸出，使洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)轉(zhuǎn)。這類洗衣機(jī)的電磁騷擾主要是由于洗滌定時(shí)器（又稱換向定時(shí)開關(guān)）工作所引起的，它在工作時(shí)不停地改變內(nèi)部金屬觸點(diǎn)的接觸位置從而使得電動(dòng)機(jī)能夠不斷地改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，但是金屬觸點(diǎn)在不斷地接觸和分開的過程中會(huì)產(chǎn)生電弧，這種電弧就是使洗衣機(jī)產(chǎn)生電磁騷擾的主要原因。由電弧放電所引起的電磁騷擾通常具有較寬的頻譜，而在30MHz以下的傳導(dǎo)騷擾發(fā)射尤其明顯，因此在測試中經(jīng)常經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)連續(xù)及斷續(xù)的傳導(dǎo)騷擾電壓不合格。這類騷擾常常會(huì)傳到公共電網(wǎng)，影響其他電子設(shè)備的正常工作。

圖7 真空吸塵器整改前后的傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果曲線對比

圖8 帶機(jī)械開關(guān)的洗衣機(jī)的傳導(dǎo)騷擾抑制

圖9 某機(jī)械開關(guān)式洗衣機(jī)整改前后的傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果對比

對于傳導(dǎo)騷擾的抑制通常會(huì)選擇用LC濾波器來進(jìn)行濾波，然而要想解決這類由機(jī)械開關(guān)拉弧引起的電磁騷擾時(shí)，效果就顯得不明顯了。這是因?yàn)樵谑褂秒娙轂V波時(shí)，電弧一旦產(chǎn)生，電容器會(huì)迅速充電，吸收了部分電弧的能量，但由于沒有放電回路，使得電容器上始終保持充滿電的狀態(tài)。而電容器的放電要在機(jī)械開關(guān)重新閉合的瞬間才能進(jìn)行，由于放電回路沒有限流電阻，在放電瞬間的電流幅值可以很大，而放電的持續(xù)時(shí)間十分短暫，這反過來又對電網(wǎng)形成了沖擊，因此使用單獨(dú)一個(gè)電容器起不到對這類干擾的抑制作用。

根據(jù)實(shí)際情況，使用電容和電阻的組合則是解決這類騷擾的一種比較有效的方案。圖8是一個(gè)實(shí)際使用電路。由于電容和電阻的并聯(lián)構(gòu)成了一個(gè)完整的電容放電回路，電容器吸收了在電弧形成瞬間的能量，隨即又通過與電容器并聯(lián)的電阻釋放了所吸收的能量，放電的速率由所選擇的電容和電阻時(shí)間常數(shù)決定。等到機(jī)械開關(guān)重新閉合時(shí)，電容量上貯存的能量早已釋放完畢，不可能再形成幅值大、持續(xù)時(shí)間短暫的電流瞬變，原先電容放電對電網(wǎng)形成的沖擊已不復(fù)存在。所以采用電容和電阻并聯(lián)的組合電路對電磁騷擾的抑制有比較好的作用。使用本方案時(shí)要注意電容與電阻組成的濾波吸收電路的引線不能過長，過長的引線本身也會(huì)產(chǎn)生騷擾，會(huì)對騷擾抑制帶來不利的影響［5］。

圖9是一臺機(jī)械開關(guān)式洗衣機(jī)整改前后騷擾電壓測試對比?？梢钥闯稣那?.15MHz～30MHz的整個(gè)頻段上峰值測量值嚴(yán)重超標(biāo)。通過以上方法整改后，結(jié)果非常理想，低頻段的表現(xiàn)也很穩(wěn)定，在隨后進(jìn)行的斷續(xù)干擾測試中也可順利通過。

電阻和電容組合是解決機(jī)械開關(guān)拉弧造成騷擾的一個(gè)經(jīng)濟(jì)而有效的方案。但在參數(shù)的選擇上需進(jìn)行多次調(diào)試整改，盡量找到一個(gè)最佳的抑制方案。

3 小結(jié)

近年來科技進(jìn)步速度飛快，頻率越來越高，傳輸速率越來越快，相對的電磁兼容問題也越來越受到關(guān)注。產(chǎn)品在遇到問題時(shí)，要分析其內(nèi)在特性，制訂出相應(yīng)的整改方案，以最小的改動(dòng)使其達(dá)到電磁兼容要求。

[1] 楊繼深.電磁兼容(EMC)技術(shù)之產(chǎn)品研發(fā)與認(rèn)證 [M].北京:電子工業(yè)出版社, 2004.6.

[2] 尚開明.電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)與測試 [M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2013.5.

[3] 錢振宇.3C認(rèn)證中的電磁兼容測試與對策 [M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.7.

[4] 白同云.如何實(shí)現(xiàn)電磁兼容 [C].北京:中國電子學(xué)會(huì)電子產(chǎn)品戰(zhàn)略研究分會(huì),2000.4.

[5] 陳窮等.電磁兼容性工程設(shè)計(jì)手冊 [M].北京:國防工業(yè)出版社1993.10.

Electromagnetic Compatibility Improvement for Household Appliances

TU Li-na, XU Zhe-chun
（Zhejiang LEAD Product Technic Co., Ltd., Hangzhou 311215）

Combined with the author's practical experience, this paper presents the problems and improvement of household appliances in the electromagnetic compatibility test, and lists simple examples to analyze, and also clearly defines the basic concepts involved. It has practical and guiding significance to the project application.

household appliances; electromagnetic disturbance; electromagnetic compatibility improvement; filtering

TN97

A

1004-7204(2014)05-0028-06

屠黎娜（1982 - ），女，浙江杭州，工程師，研究方向?yàn)殡姶偶嫒轀y試。