設(shè)計(jì)家用電器電路控制板時(shí)的EMC解決方法(圖)

家電控制板的小體積，低成本決定了在線路中不會(huì)使用高成本的材料來解決其電磁干擾問題。家電控制板的干擾主要來自三大方面：一是控制板本身產(chǎn)生的干擾，二是來自負(fù)載的干擾，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達(dá)成。

控制板自身的干擾

1 控制板本身產(chǎn)生的干擾

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。對于以上干擾，可以從以下方面入手來解決：

● 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)勢干擾。
● 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，電阻一般選幾千歐到幾十千歐，電容選0.01μF，以減小電火花影響)。
● 在電路板上每個(gè)IC上并接一個(gè)0.01～0.1μF高頻電容，以減小IC對電源的影響。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。
● 布線時(shí)應(yīng)避免90折線，并盡量減少高頻噪聲發(fā)射。
● 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)。
● 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合盡可能選用低速晶振。
● 對電路板合理分區(qū)(如強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(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。
● 交流端用電感電容濾波：去掉高頻低頻干擾脈沖，VCC和GND之間接電解電容及瓷片電容，以去掉高、低頻干擾信號(hào)。

2 控制板本身的傳導(dǎo)干擾

為了防止控制板電路產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，可在電路的進(jìn)入口(即AC兩端)并接上一個(gè)電容C，圖1所示是一個(gè)簡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?應(yīng)小于原來電壓的30％。

圖1 電容抗擾電路

該電容必須經(jīng)過安全檢測部門認(rèn)證過后才能使用。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。

抗擾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，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)也難以滿足要求。

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到幾百兆赫甚至上千兆赫的頻率范圍。一般對低端干擾信號(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)，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在1MHz，超過1MHz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(如差模、共模以及高頻、低頻)等，每種電感主要都是針對某一小段頻率的干擾信號(hào)而起濾除作用，而對其他頻率的干擾信號(hào)作用不大。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，對于工作頻率要求比較高的場合，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?。?。

負(fù)載干擾

家電中的負(fù)載包括線性負(fù)載(如熱水器)和非線性負(fù)載(豆?jié){機(jī)，絞肉機(jī)等)。非線性負(fù)載是一種頻譜極寬的干擾源，其抑制方法主要有兩種：一是從非線性負(fù)載(如電機(jī))本身入手；由于不恰當(dāng)?shù)牟僮?、接觸器的接觸不良、炭刷不干凈等原因，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，應(yīng)當(dāng)保證接觸器的接觸可靠、開關(guān)動(dòng)作的正常和觸頭的壓力，還要保持炭刷和換向器的干凈，保證炭刷本身的質(zhì)量和換向器的光潔度；同時(shí)保證炭刷對換向器有適當(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。

圖2 負(fù)載的電器濾波電路

該電路的目的是為干擾電勢提供一個(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，一般為幾十至幾百納法；C2選穿心電容，一般為1～4.7 nF。增加該電容的目的是為了抑制噪聲，但電容的安裝位置不同，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)抑制對稱和不對稱干擾。其具體電路如圖3所示。

圖3 Δ形干擾抑制電路

線路干擾

線路干擾的干擾源主要來自外界電磁場在導(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。

1 電磁場在電纜上的感應(yīng)

電磁場在導(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)。對于多芯電纜來說，這意味著電纜中的所有導(dǎo)體都暴露在同一個(gè)場中，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共模移值干擾抑制電路

圖4中共模扼流圈的特殊繞制方法決定了它僅對共模電流有抑制作用，而對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。

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、金屬氧化物壓敏電阻(MOVS)和硅瞬變吸收二級(jí)管(TVS)。圖5所示是采用TVS的浪涌抑制電路。

圖5 采用TVS的浪涌抑制電路

結(jié)束語

電磁兼容是家電的一個(gè)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。由于家電的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，對其共性技術(shù)的研究極為重要。本文對家電共有部件的EMC進(jìn)行了分析。這些分析對于其他的小家電的電磁兼容研究也具有一定的實(shí)際意義。