家用電器電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及展望

范凌云 喬志偉

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000）

引言

電磁兼容是研究在同一電磁環(huán)境下，各類用電設(shè)備可以正常工作，不互相干擾的一門科學(xué)。因?yàn)槿魏坞姎馀c電子設(shè)備在運(yùn)行中都可能通過空間或電源線、信號線等發(fā)射電磁雜波，并對同電磁環(huán)境中的其他電子設(shè)備造成電磁騷擾。隨著《中國制造2025》和“十三五”規(guī)劃、“十四五”規(guī)劃的發(fā)布，我國對家用電器的發(fā)展提出了更高的要求，未來的家用電器無論在數(shù)量上還是在智能化程度上都有不同程度的提升，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也要同步發(fā)展，因此有必要對家用電器EMC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)性介紹，對今后的EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作也大有裨益。

1 家用電器對電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的需求

家用電器是我國一大支柱產(chǎn)業(yè)，發(fā)展歷程漫長、范圍廣、跨度大。其技術(shù)發(fā)展歷程可概括為以下5個(gè)階段：

1）1949年到1979年。這一階段的產(chǎn)品主要是“老三大件”，是電視機(jī)橫行的時(shí)代。這一階段我國企業(yè)競爭意識不足，市場缺乏引導(dǎo)能力，商品的供給低于市場的需求。產(chǎn)品生產(chǎn)速度慢，設(shè)計(jì)風(fēng)格變化不大。在這個(gè)階段我國的第一臺冰箱、第一臺彩電、第一臺洗衣機(jī)、第一臺空調(diào)陸續(xù)誕生，為今后家電百花齊放的時(shí)代拉開了序幕。

2）1979年到1989年。這一時(shí)期國家綜合實(shí)力顯著增強(qiáng)，與國際上先進(jìn)的技術(shù)接觸后中國家電業(yè)進(jìn)步顯著，家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，企業(yè)開始引入冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)中的關(guān)鍵技術(shù)，市場導(dǎo)向逐步發(fā)揮應(yīng)有的作用，標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量意識開始萌芽。但這一階段依然是大型家電的時(shí)代，冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)縱向發(fā)展，小家電進(jìn)入起步階段。

3）1989年到2000年。這一階段大家電已經(jīng)較為普及，進(jìn)入了小家電配置的時(shí)代。產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)發(fā)展都取得了良好的進(jìn)展，抽油煙機(jī)、電飯煲、微波爐等電器進(jìn)入普通家庭，國際品牌開始進(jìn)入小家電領(lǐng)域，家電企業(yè)受到市場的洗禮，在產(chǎn)品升級需求壓力的推動(dòng)下家電行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的調(diào)整時(shí)期。

4）2000年到2010年。這一階段家電的競爭進(jìn)入了增量時(shí)期，房地產(chǎn)的發(fā)展對家電產(chǎn)生大量紅利，中國內(nèi)小家電品牌的種類和數(shù)量有了長足的進(jìn)步，家電行業(yè)的規(guī)?？焖俣€(wěn)定的增長。其中小巧精致小家電產(chǎn)品越來越受歡迎，曾經(jīng)火爆一時(shí)的MP3、MP4都是小家電的代表產(chǎn)品之一，但是這一階段小家電的黑科技并不多，而且質(zhì)量也不高。

5）2010年至今。這一階段我國家電的規(guī)模越來越大，產(chǎn)品出口到了許多國家與地區(qū)，邁向了全世界。隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)，傳統(tǒng)的家電已經(jīng)不能夠完全滿足市場的需求，隨之而來的是智能家電的誕生。這一階段企業(yè)把焦點(diǎn)放在了品控和個(gè)性化，并結(jié)合了WiFi、語音、人工智能算法，萬物互聯(lián)的時(shí)代近在眼前。

縱觀家電的發(fā)展可以看到家電的種類越來越多，而且產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，從簡單的晶體管時(shí)代到一個(gè)家電產(chǎn)品中可能內(nèi)置了無數(shù)傳感器、元器件、控制部件及通訊模塊，加上在日益復(fù)雜的電磁環(huán)境中工作，可見在EMC方面面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化組織

目前，國際上EMC 標(biāo)準(zhǔn)主要以ISO和IEC標(biāo)準(zhǔn)為代表。ISO全稱為International Organizationfor Standardization，是國際知名標(biāo)準(zhǔn)化組織，IEC全稱為International Electrotechnical Commission，是國際電工委員會(huì)。ISO目前暫不涉及家用電器EMC方面的標(biāo)準(zhǔn)工作，主要由IEC負(fù)責(zé)。

IEC成立于1906年，它是世界上建立最早的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，主要負(fù)責(zé)與電子工程和電氣領(lǐng)域有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。IEC有兩個(gè)組織負(fù)責(zé)對EMC標(biāo)準(zhǔn)的制定，分別是CISPR（國際無線電干擾特別委員會(huì)）和TC77（第77技術(shù)委員會(huì)）。CISPR主要職能是負(fù)責(zé)保護(hù)無線通信業(yè)務(wù)，通用的或產(chǎn)品類電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)都是CISPR的工作范圍，TC 77主要是負(fù)責(zé)產(chǎn)品高低頻抗擾度方向的研究，制定基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。其中家用電器的EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作主要由IEC/CISPR/B分會(huì)承擔(dān)。

IEC中涉及EMC的組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 IEC中涉及EMC的組織架構(gòu)圖

為了更好地與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，我國也設(shè)立了標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)對應(yīng)CISPR與TC 77，并跟隨國際標(biāo)準(zhǔn)等同制修訂國家標(biāo)準(zhǔn)。與CISPR業(yè)務(wù)對應(yīng)的分委會(huì)為TC 79，與TC 77對應(yīng)的分委會(huì)為TC 246。其中家用電器的EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作主要由TC 79/SC 6分會(huì)負(fù)責(zé)。該分委會(huì)轉(zhuǎn)化了CISPR 14-1 Electromagnetic compatibility - Requirements for household,appliances,electric tools and similar apparatus -Part 1: Emission和CISPR 14-2 Electromagnetic compatibility - Requirements for household,appliances,electric tools and similar apparatus -Part 2: Immunity。我國目前現(xiàn)行的國標(biāo)為GB 4343.1-2018《家用電器、電動(dòng)工具及類似器具電磁兼容要求第一部分：發(fā)射》以及GB/T 4343.2-2009《家用電器、電動(dòng)工具及類似器具電磁兼容要求第二部分：抗擾度》。

國標(biāo)委中涉及EMC的組織架構(gòu)如圖2所示。

圖2 國標(biāo)委中涉及EMC的組織架構(gòu)圖

3 家用電器電磁兼容測試

電磁兼容測試項(xiàng)目包括發(fā)射類項(xiàng)目和抗擾度類項(xiàng)目兩部分，驗(yàn)證被測設(shè)備是否滿足發(fā)射類的限值，以及是否滿足抗干擾項(xiàng)目的等級與性能要求。

發(fā)射類項(xiàng)目是為了測量電子設(shè)備、電子系統(tǒng)以及電子元器件對外傳導(dǎo)和輻射的發(fā)射量。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的正常工作模式下進(jìn)行測試，若標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定就在產(chǎn)生最大電磁干擾的工作模式下進(jìn)行測試。發(fā)射類干擾主要由電子、電氣產(chǎn)品內(nèi)部的電子線路、開關(guān)電源、繼電器等工作過程中引起的，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，傳導(dǎo)測試的頻率范圍為150 kHz～30 MHz，輻射發(fā)射的頻率范圍為 30 MHz～1 GHz。

抗擾度項(xiàng)目是為了評估外界的電磁騷擾對被測產(chǎn)品的影響程度，應(yīng)在產(chǎn)品正常工作情況下，對干擾最敏感的工作模式下進(jìn)行。和發(fā)射類測試不同，抗擾度測試不僅需要規(guī)定測試環(huán)境，而且需要增加相應(yīng)的干擾信號?？箶_度按傳播途徑可以分為沿電源線、信號線以及控制線傳播的傳導(dǎo)抗擾，以及來自周圍空間的輻射抗擾?？箶_度測試結(jié)果由主觀感受和客觀評價(jià)結(jié)果兩部分構(gòu)成，主觀感受主要針對性能判據(jù)，按照設(shè)備在測試過程中的表現(xiàn)來確定；客觀評價(jià)為選擇的測試等級?？垢蓴_測試項(xiàng)目包括靜電放電抗擾度（ESD）、涌抗抗擾度（Surge）、射頻電磁場輻射抗擾度（RS）、電快速瞬變脈沖群抗擾度（EFT）、射頻場感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾抗擾度（CS）、電壓跌落與短時(shí)中斷抗擾度（V-dips and Short Interruption）。

圖3為家用電器EMC的測試項(xiàng)目。

圖3 家用電器EMC的測試項(xiàng)目

3.1 端口類型

家用電器的測試端口如圖4所示，端口是指產(chǎn)品（Apparatus）的電磁噪聲發(fā)射部位和容易接收外界干擾的部位，包括外殼（Enclosure port）、直流電源線（DC power port）、交流電源線（AC power port）、信號線和控制線（Signal/Control port）等，產(chǎn)品應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來判斷哪些端口應(yīng)進(jìn)行EMC發(fā)射或抗擾度測試，如圖4所示。

圖4 端口類型

3.2 性能判據(jù)

性能判據(jù)可分為三類，每類要求如下。

A類：產(chǎn)品在測試中和測試后都可以正常工作，不允許性能下降和低于制造商規(guī)定性能要求。

B類：產(chǎn)品在測試中有性能下降，測試后可以自動(dòng)恢復(fù)并且按照預(yù)期正常工作，不允許性能下降和低于制造商規(guī)定的性能要求。

C類：產(chǎn)品在測試中有性能下降，測試后無法自行恢復(fù)，需要手動(dòng)干預(yù)才能按照預(yù)期正常工作，不允許性能下降和低于制造商規(guī)定的性能要求。

3.3 測試布置

關(guān)于發(fā)射類項(xiàng)目測量的布置如圖5所示，需要嚴(yán)格按照圖示中的位置進(jìn)行布置，尤其是距離的要求，否則會(huì)造成很大的誤差，在測試場地禁止存在其他電磁發(fā)射設(shè)備，如手機(jī)、電腦等設(shè)備。

圖5 150 kHz～30 MHz傳導(dǎo)騷擾測試布置圖

圖6的測量設(shè)備為環(huán)形接收天線，只適用于感應(yīng)炊具的測試，如IH煲、電磁爐等。

圖6 9 kHz～30 MHz輻射發(fā)射測試布置圖

此試驗(yàn)在暗室進(jìn)行，使用雙錐天線進(jìn)行測試，適用于所有的家用電器。通常使用3 m法進(jìn)行測試，若條件允許可以使用10 m法。

4 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)分類

按照IEC分類方法EMC標(biāo)準(zhǔn)分為三類：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為所有標(biāo)準(zhǔn)的基石，一般在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)形成框架之后其他類型標(biāo)準(zhǔn)才可以開始編制。它們規(guī)定電磁兼容體系的基本條件和規(guī)則，但是不規(guī)定產(chǎn)品的發(fā)射限值或抗擾度判定準(zhǔn)則，也不涉及具體的產(chǎn)品，主要由定義、試驗(yàn)器具校正方法以及試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成。

圖7 30～1 000 MHz輻射發(fā)射測試布置圖

基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)一般為：

1）與產(chǎn)品無關(guān)的相關(guān)出版物

2）含以下幾方面的標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則、報(bào)告

①電磁現(xiàn)象的特征

②電磁環(huán)境的特性

③發(fā)射試驗(yàn)程序

④抗干擾試驗(yàn)程序

⑤發(fā)射限值

⑥抗干擾度推薦值

⑦應(yīng)用導(dǎo)則

4.2 通用標(biāo)準(zhǔn)

通用標(biāo)準(zhǔn)指在特定環(huán)境下（如居住環(huán)境、商業(yè)環(huán)境、輕工業(yè)環(huán)境等）的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定應(yīng)用在此環(huán)境下的產(chǎn)品或系統(tǒng)，以及要達(dá)到的最低要求和測試方法。如果某種產(chǎn)品或系統(tǒng)沒有對應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，那就需要參考使用通用電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)作為測試和判定的依據(jù)。

4.3 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

對于數(shù)量多、使用范圍廣的產(chǎn)品會(huì)專門制定相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)比通用標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先采用。

對完整的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含以下內(nèi)容：

1）應(yīng)用范圍

2）參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3）產(chǎn)品說明書

4）產(chǎn)品運(yùn)行及功能

5）產(chǎn)品安裝使用的環(huán)境說明

6）特殊要求

7）發(fā)射類項(xiàng)目限值及試驗(yàn)方法

8）抗擾度項(xiàng)目要求及試驗(yàn)

9）其它要求及試驗(yàn)綜述

家用電器產(chǎn)品電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)匯總?cè)绫?所示。

表1 家電類產(chǎn)品電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)匯總

5 家用電器電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢

隨著技術(shù)的進(jìn)步，智能制造產(chǎn)業(yè)日趨發(fā)達(dá)，5G、AI、傳感技術(shù)日新月異，家用電器工作的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，伴隨著自身電子器件的增多，發(fā)出的電磁干擾頻段也而增加，主要體現(xiàn)在：

1）智能化產(chǎn)品部件和設(shè)備正在向高頻（數(shù)字電路易產(chǎn)生高頻段噪聲）、大功率(開關(guān)電源和變頻調(diào)速電路)、小型化（家電體積越來越小、越來越密集，更容易互相干擾）、復(fù)雜化(部分終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能帶來騷擾)、功能集成化（多種功能模塊集合在一個(gè)設(shè)備上）方向發(fā)展，容易產(chǎn)生大量的輻射。

2）無線等通信技術(shù)在家用電器中的廣泛應(yīng)用，各類電源電纜和信號線成為良好的輻射天線，產(chǎn)生大量的電磁干擾，WiFi、藍(lán)牙以及未來5G技術(shù)的運(yùn)用也會(huì)成為不可忽視的干擾源。

目前家用電器的發(fā)射限值最高到1 GHz，需制定高頻的騷擾限值和測試方法?，F(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)中家用電器的涵蓋范圍非常廣，面對未來復(fù)雜的家電，是否有必要對家電進(jìn)行分類再制定相應(yīng)的試驗(yàn)方法也需要國內(nèi)外的電磁兼容專家開展相關(guān)研究。

6 結(jié)語

近年來，全球家電市場迅猛發(fā)展，節(jié)能、環(huán)保、智能、健康化趨勢益加明顯，未來家電趨勢是基于數(shù)字化、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等應(yīng)用技術(shù)的智能家電。通過研究國內(nèi)外家電EMC標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)要點(diǎn)可以推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，緊跟國際先進(jìn)水平，同時(shí)對國際貿(mào)易壁壘有著積極的促進(jìn)作用。