技術(shù)分析：家用電器電磁兼容性設計（二）

   3．2地線(xiàn)設計是*重要的設計，往往也是難度*大的一項設計。家用電器的**地，要提供對人身和家用電器的可靠**保證，需做獨立的設計。信號地線(xiàn)則是信號流回源的低阻抗路徑，類(lèi)型有懸浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地以及混合接地，懸浮地容易產(chǎn)生靜電積累與靜電放電，很少采用。由于地線(xiàn)不是理想的零阻抗，單元電路應當采用單點(diǎn)接地；多級電路接地點(diǎn)應選在低電平電路的輸入端，可減小地電位對電路的騷擾；小信號高增益放大器的屏蔽罩也應單點(diǎn)接地，接地點(diǎn)應選在輸出端地線(xiàn)上，可以防止自激；復雜家用電器中往往包含多種電子線(xiàn)路和電機、電器等，這時(shí)應將地線(xiàn)分為信號地線(xiàn)、騷擾源地線(xiàn)、屏蔽罩地線(xiàn)、機殼地線(xiàn)等，分組敷設，*后集中為一條地線(xiàn)，可以克服各部分地線(xiàn)之間引起的騷擾。
多點(diǎn)接地一般用于高于10MHz的頻率范圍，以便就近接地。但由于兩個(gè)不同的接地點(diǎn)之間存在地電壓，電路多點(diǎn)接地、并且電路間有信號聯(lián)系時(shí)，將構成地環(huán)路騷擾。地電壓將疊加在信號上一起加到負載端，造成差模干擾。如果兩電路間的信號傳輸用兩根導線(xiàn)，則地電壓將加到兩根導線(xiàn)上，由于這兩根導線(xiàn)對地的陰抗不等，地電壓在兩導線(xiàn)上產(chǎn)生的共模電注大小不等，也將在負載兩端造成差模干擾。為了克服地環(huán)路騷擾，應將信號地線(xiàn)和機殼地線(xiàn)分組敷設，先互相絕緣，*后再合一、使地環(huán)路阻抗增大，將地電壓大部分降在該阻抗上，加到導線(xiàn)上的那部分被大大減小。此外，還可以在兩電路之間插入隔離變壓器、共模扼流圈或光電耦合器等，切斷地環(huán)路，也可以取得良好的效果。
    3．3屏蔽技術(shù)可以用來(lái)抑制家用電器中的輻射騷擾。輻射騷擾是以電磁場(chǎng)與電磁波的形式在空間傳播的，通?？捎媒饘俨牧匣虼判圆牧习羊}擾源包圍起來(lái)，使屏蔽體內外的“場(chǎng)”相互隔離?？梢钥吹?，屏蔽技術(shù)還可以用來(lái)保護家用電器中的敏感電路，免受外來(lái)的輻射騷擾。對于屏蔽作用的評價(jià)可以用屏蔽效能來(lái)表示，屏蔽效能即未加屏蔽前待測點(diǎn)的場(chǎng)強與加上屏蔽后，待測點(diǎn)的場(chǎng)強之比值。屏蔽效能為屏蔽體反射損耗、吸收損耗和多次反射修正量之和。
    對于高電壓、小電流的騷擾源，應采用近場(chǎng)電場(chǎng)屏蔽，即采用高導電率金屬屏蔽體并接地；
    對于低電壓、大電流的騷擾源，應采用近場(chǎng)磁場(chǎng)屏蔽，但不同頻率時(shí)應采用不同的措施。直流或低頻時(shí)，可用鐵、硅鋼片、坡莫合金、合金等高導磁率材料制成屏蔽體，可以不接地。磁導率越高，屏蔽效能越高，增加厚度也會(huì )增加屏蔽效能，但很不經(jīng)濟，可以改用多層屏蔽。頻率較高時(shí)，由于磁導率下降和磁損增加而不再適用，應采用高導電率金屬材料，如銅、鋁等。這時(shí)，如果屏蔽體接地良好，還可以同時(shí)屏蔽高頻電場(chǎng)。

      敏感電路距離騷擾源較遠時(shí)，采用遠場(chǎng)電磁屏蔽，即用高導電金屬材料制成屏蔽體。家用電器屏蔽機箱或屏蔽盒的材料一般可采用銅板、鋼板、鋁板、鍍鋅鐵板等，厚度約為0．2—0．8毫米。由于高頻電流具有集膚效應，在工程塑料機箱上噴涂一層導電漆，就能起到良好的屏蔽作用。但實(shí)際機箱總有各種大小的孔、縫和開(kāi)口，都可能造成騷擾的耦合。為此，可采用導電襯墊、金屬絲網(wǎng)、截止波導管、截止波導通風(fēng)板、導電玻璃視窗等，改善屏蔽效能。
    3．4濾波技術(shù)可以用來(lái)抑制家用電器中傳導騷擾的傳輸，而使需要的頻率分量順利通過(guò)。所使用的濾波器的重要特性用頻率特性，即插入損耗隨頻率的變化來(lái)表征。插入損耗定義為信號源不接濾波器、直接加在負載上的電壓，與信號源通過(guò)濾波器后加在負載上的電壓的比值。能無(wú)衰減地通過(guò)濾波器的頻率范圍稱(chēng)為通帶，而受到很大衰減的頻率范圍稱(chēng)為阻帶。抑制傳導騷擾的濾波器有反射式濾波器和吸收式濾波器等。
    反射式濾波器是由電感、電容等元件組成的低通濾波器，在阻帶內能提供高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，并與騷擾源的阻抗嚴重不匹配，能將高頻騷擾反射回騷擾源而被濾除，有用的低頻分量則很小的衰減通過(guò)。常用于電源線(xiàn)濾波器和信號線(xiàn)濾波器。
    吸收式濾波器是由有耗器件構成的，在阻帶內，有耗器件將傳導騷擾的能量吸收后轉化為熱損耗，而起濾波作用。鐵氧體材料就是一種廣泛應用的有耗器件，可用來(lái)構成低通濾波器。當導線(xiàn)中的低頻電流穿過(guò)鐵氧體時(shí)幾乎沒(méi)有損耗，但高頻電流卻會(huì )受到很大損耗。
這因為鐵氧體材料可以等效為電阻值和電感量都隨頻率變化電阻和電感的串聯(lián)。在低頻段，電感起主要作用，在高頻段，電阻起主要作用，并隨頻率升高而增加，電感卻隨頻率升高反而減小，因此對高頻分量起到較大衰減作用，而對直流或低頻分量幾乎沒(méi)有衰減。根據不同的使用場(chǎng)合，鐵氧體可以做成多種形式，例如可以直接焊在印刷電路板上的電阻元件形式，可以串在低速信號線(xiàn)上的磁珠，可以套在元、器件引腳或導線(xiàn)上的磁環(huán)，可以套在電纜上的柱形磁環(huán)和矩形磁環(huán)等。
    3．5必須綜合使用接地、屏蔽、濾波等防護措施。單獨使用任何一種防護措施，都不會(huì )達到理想的抑制效果，需要掌握綜合使用的技巧。
    前面提到，近場(chǎng)電場(chǎng)屏蔽的必要條件是采用高導電率金屬屏蔽體并接地；接地良好的屏蔽體還可以實(shí)現遠場(chǎng)電磁屏蔽。屏蔽電纜屏蔽層的屏蔽效能主要不是因反射和吸收而得到的，卻是由屏蔽層接地后才得到的。這因為屏蔽層接地后，才能將外來(lái)騷擾短路至地，避免了因與芯線(xiàn)之間存在耦合，而將騷擾耦合至芯線(xiàn)；同理，芯線(xiàn)的騷擾耦合至屏蔽層后，也被短路至地，避免了芯線(xiàn)的騷擾通過(guò)屏蔽層向外輻射?？梢?jiàn)屏蔽與接地是不可分的。
    電磁騷擾入侵屏蔽體的主要途徑是輸入輸出接口和電源線(xiàn)輸入口。因為屏蔽體內部的電磁騷擾可以耦合到進(jìn)、出屏蔽體的導線(xiàn)和電纜上，傳導到屏蔽體外，造成輻射騷擾。同樣，外來(lái)的電磁騷擾也會(huì )通過(guò)電磁耦合，由這些導線(xiàn)和電纜傳導進(jìn)入屏蔽體。為了阻止騷擾電流的流進(jìn)或流出，一種簡(jiǎn)單可行的辦法，就是在輸入輸出接口和電源線(xiàn)輸入口分別安裝濾波器連接器和饋通濾波器。此外，前面提到的在開(kāi)口處安裝的截止波導管、截止波導通風(fēng)板、導電玻璃視窗等，實(shí)質(zhì)上都是高通濾波器?？梢?jiàn)屏蔽與濾波也是不可分的。
    除了特別說(shuō)明允許不接地的濾波器在使用時(shí)可以不接地以外，各類(lèi)濾波器都必須接地。因為濾波器中的共模旁路電容只有在接地時(shí)才能起濾波作用。特別是型濾波器，接地不佳時(shí)，相當于電容和電感并聯(lián)，完全失去了濾波的作用。此外，安裝濾波器時(shí)，還應借助于屏蔽，把輸入端和輸出端隔離開(kāi)來(lái)，以免發(fā)生耦合。所以濾波和接地、屏蔽都有密切關(guān)系。
    為了減小地環(huán)路騷擾，需要將信號地線(xiàn)與機殼地線(xiàn)先絕緣再集中，因此，信號地線(xiàn)穿過(guò)機殼時(shí)必須安裝饋通濾波器。而高層建筑上的家用電器需要安裝接至大地的地線(xiàn)時(shí)，為了避免因地線(xiàn)過(guò)長(cháng)而耦合電磁騷擾，還必須在地線(xiàn)外加裝屏蔽套筒，可見(jiàn)，接地和濾波、屏蔽也是不可分的，必須綜合利用。
   
 4、家用電器電磁騷擾抑制舉例
    針對前面提到的，安裝了帶有換向器的電動(dòng)機的家用電器，可以采用圖1所示的濾波器，圖(a)中的三個(gè)電容器均采用陶瓷電容器，要求電容器的引腳短，并緊貼著(zhù)電動(dòng)機安裝，C2、C3的公共端與電動(dòng)機殼體可靠連接，接地阻抗要??；圖(b)中C2、C3采用穿心電容；需要進(jìn)一步濾波時(shí)，可以在電源線(xiàn)上加扼流圈，如圖(c)所示。
    對于因頻繁開(kāi)關(guān)動(dòng)作而產(chǎn)生騷擾的家用電器，可在開(kāi)關(guān)或繼電器觸點(diǎn)上并聯(lián)濾波器，如圖2所示。
    對于采用了啟動(dòng)時(shí)可能引起沖擊電流而斷開(kāi)時(shí)會(huì )產(chǎn)生浪涌電壓和瞬變噪聲的感性負載家用電器，則可以在家用電器電源線(xiàn)輸入端并聯(lián)放電通路，這樣，在斷開(kāi)電源時(shí)，給感性負載上存儲的能量提供一條釋放的通路，例如并聯(lián)壓敏電阻通路或RC網(wǎng)絡(luò )等。
這對啟動(dòng)時(shí)負載中的電流突變所引起的瞬變電壓也能起到抑制作用。
    對于帶有可控硅的家用電器，為了抑制高頻諧波騷擾，可以在可控硅支路套上鐵氧體磁珠，或在可控硅的兩極間并聯(lián)RC吸收支路，也可在可控硅與負載之間插入低通濾波器。如果將可控硅電路用屏蔽合屏蔽起來(lái)。也能得到較好的效果。
    對于各種氣體放電燈或帶有放電管的家用電器，為了避免放電時(shí)產(chǎn)生的騷擾進(jìn)入電網(wǎng)，可在其電源線(xiàn)上安裝濾波器，如圖3所示。
    對于帶有微處理器的家用電器，則應安裝高質(zhì)量電源線(xiàn)濾波器和輸入輸出端口濾波器，并良好接地。必要時(shí)還需進(jìn)行屏蔽。
    對于可能發(fā)生電磁能量泄漏的家用電器，則主要應采用屏蔽措施，并對孔、縫、開(kāi)口進(jìn)行密封式屏蔽。
  
  5．結束語(yǔ)
    家用電器的電磁兼容性設計，表面上看好像很復雜，不知從何處下手。但如果能抓住以上幾個(gè)問(wèn)題，任何復雜的家用電器都是可以迎刃而解的。希望企業(yè)界重視電磁兼容性設計，要有超前意識，要合得投入。只要盡早進(jìn)行電磁兼容性設計，成本不會(huì )增加太多。面對電磁環(huán)境日益惡化、電磁兼容設計與認證對國內、國際貿易的影響，我們應該有緊迫感和強烈的責任感。