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小家電控製板中的EMC解決方法

0 引言

  小家電控製板的小體積,低成本決定了其在線路中不能使用高成本的材料來解決其電磁幹擾問題。事實上,在實際的使用中,小家電控製板的幹擾主要來自三大方麵:其一是控製板本身產生的幹擾,其二是來自負載的幹擾,其三是來自線路上的幹擾。解決這些幹擾可以分別采用不同的方案來完成。

  1 控製板自身的幹擾

  1.1 控製板本身產生的幹擾

  小家電控製板中常用的繼電器、可控矽以及高頻時鍾等,都可能成為小家電控製板的自身幹擾源。

  對於以上幹擾,其解決方法可以從以下方麵人手來完成:

  (1) 在繼電器線圈增加續流二極管,消除斷開線圈時產生的反電動勢幹擾。 (2) 在繼電器接點兩端並接火花抑製電路(一般是RC串聯電路,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。

  (3) 在電路板上每個IC上並接一個0.01μF0.1μF高頻電容,以減小IC對電源的影響。但應注意高頻電容的布線,連線應靠近電源端並盡量粗短,否則,等於增大了電容的等效串聯電阻,而這會影響濾波效果。

  (4) 布線時應避免90度折線,並盡量減少高頻噪聲發射。

  (5) 在可控矽兩端並接RC抑製電路,減小可控矽產生的噪聲(該噪聲嚴重時可能會把可控矽擊穿的)

  (6) 注意晶振布線。晶振與芯片引腳應應盡量靠近,並用地線把時鍾區隔離起來,晶振外殼要接地並固定。最好在能使用低速晶振的場合盡可能選用低速晶振。 (7) 對電路板合理分區(如強、弱信號,數字、模擬信號)。盡可能把幹擾源(如電機、繼電器)與敏感元件(如單片機)遠離。

  (8) 交流端用電感電容濾波:去掉高頻低頻幹擾脈衝,VCCGND之問接電解電容及瓷片電容,以去掉高、低頻幹擾信號。

  1.2 控製板本身的傳導幹擾

  為防止控製板電路產生的傳導幹擾,可在電路的進人口(AC兩端)並接上一個電容C,圖1所示是一個簡單的電容抗擾電路連接圖。圖中的電容屬於安全電容,但必須在該電容的兩端並聯一個安全電阻,以用於防止電源線拔插時電源線插頭長時間帶電。因為安全標準規定,當正在工作之中的機器電源線被拔掉時,在兩秒鍾內,電源線插頭兩端所帶的電壓(或對地電位)必須小於原來電壓的30%。

  該電容必須經過安全檢測部門認證過後才能使用。電容的耐壓一般都標有安全認證標誌和AC250VAC275V字樣,但其真正的直流耐壓應達到2 000 V以上。而且在使用的時候,不要隨便用AC250VDC400V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,其允許瞬間充放電的電流也很大,即內阻比較小。而普通電容紋波電流的指標一般都很小,動態內阻比較大,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,一般紋波電流指標也是難以滿足要求的。

  實際上,光靠用安全電容就想把傳導幹擾信號完全濾除是不可能的。因為幹擾信號的頻譜非常寬,基本覆蓋了幾十千赫芝到幾百兆赫芝甚至上千兆赫芝的頻率範圍。一般對低端幹擾信號,其濾除需要很大容量的濾波電容,但受到安全條件的限製,電容的容量不能太大;而對高端幹擾信號的濾除,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,並且聚脂薄膜介質的高頻響應特性與陶瓷或雲母相比相差很遠,此外,一般聚脂薄膜介質都具有吸附效應,因此它會降低電容器的工作頻率。聚脂薄膜電容工作頻率範圍大約都在1 MHz左右,超過1 MHz時其阻抗將顯著增加。因此,抑製電子控製板本身產生的傳導幹擾除了選用這種電容進行濾波以外,一般還要同時選用多個電感濾波器一起組合來對幹擾進行濾波。電感濾波器屬於低通濾波器,但電感濾波器也有很多種類和無數種規格(例如差模、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幹擾信號而起濾除作用,而對其它頻率的幹擾信號的濾除作用不大。因為,電感量很大的電感,其線圈匝數很多,分布電容也很大,高頻信號會通過分布電容旁路掉,另外,導磁率很高的磁芯,其工作頻率也不高。目前,國內大量使用的電感濾波器磁芯的工作頻率大多數都在75MHz以下,對於工作頻率要求比較高的場合,必須選用高頻環形磁芯,高頻環形磁芯導磁率一般都不高,但其漏感特別小。

  2 負載幹擾

  小家電中的負載包括線性負載(如熱水器,等)和非線性負載(豆漿機,絞肉機等)。由於非線性負載為頻普極寬的幹擾源。因此,對於以上幹擾,特別是非線性負載的幹擾,其抑製方法主要有兩種一是從非線性負載(如電機)本身入手。因為不恰當的操作\接觸器的接觸不良\炭刷不幹淨等,都會產生數倍於正常運轉時的幹擾情況,為了減少幹擾,就應當保證接觸器的接觸可靠、開\合動作的正常和觸頭的壓力,而且還要保持炭刷和換向器的幹淨,還應保證炭刷本身的質量和換向器的光潔度;同時還要保護炭刷對換向器有適當的壓力;最後還要使機座的固定可靠,避免機械運轉時引起的運轉不穩。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。

  該電路的目的是為幹擾電勢提供一個低阻抗的通路,以抑製幹擾值。圖2中,C1為電感成分較小的電容,一般為幾十~幾百nFC2選用穿心電容,一般為14.7 nF。增加該電容的目的是為了抑製噪聲,但電容的安裝位置不同,以甚高頻段的幹擾抑製效果會有很大變化,所以,安裝時要特別注意電容的接地外殼應與電動機座或金屬外殼的最短連接。同時應在連線時使電容器的輸入、輸出部分的電磁耦合盡可能地減少。

  此外,還有一組典型的形幹擾抑製器電路,可同時抑製對稱和不對稱幹擾。其具體電路如圖3所示。

  3 線路幹擾

  線路幹擾的幹擾源主要來自外界電磁場在導線上感應出的電壓,電源線上其它電器發射的和感性負載通斷造成的幹擾,以及浪湧(雷擊)產生的幹擾等。

  3.1 電磁場在電纜上的感應

  電磁場在導線中感應出的電壓一般是共模電壓,而負載上的電壓則以係統中的公共導體或大地為參考點。一般以係統中的參考地線麵為參考點。對於多芯電纜來說,這意味著電纜中的所有導體都暴露在同一個場中,它們上麵所感應的電壓取決於每根導體與參考點之間的阻抗。抑製幹擾的方法可以使用共模移值法,其原理圖如圖4所示。

  圖4中共模扼流圈的特殊繞製方法決定了它僅對共模電流有抑製作用,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幹擾的理想器件。理想的共模扼流圈的低頻共模抑製作用較小,而隨著頻率的升高,抑製效果增加。這與平衡電路低頻共模抑製比高,隨著頻率升高平衡性變差,共模抑製比降低的特性正好相反,因此它們具有互補性。所以,在平衡電路中使用共模扼流圈後,電路可在較寬的頻率範圍內保持較高的共模抑製比。

  3.2 浪湧幹擾

  浪湧是指電源電壓和電流的變動,負載開關的閉合、自然界的雷擊都可能引起浪湧,且其危害較大,有時可能引起振蕩甚至燒壞整個係統。

  家用電器一般不會直接受到雷電的幹擾,大多是通過傳導線路中的感應電流或電壓引起的騷擾。良好的接地是解決這一幹擾的有效手段。

  防止浪湧幹擾的常用器件有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻(MOVS)和矽瞬變吸收二級管(TVS)。圖5所示是采用TVS的浪湧抑製電路。

  4 結束語

電磁兼容是小家電的一個重要衡量標準參數。由於小家電的種類繁多,結構複雜,因此,對其共性技術的研究極為重要。本文對小家電共有部件的EMS進行了分析。相信這些分析對於其它的小家電的電磁兼容研究也具有一定的意義。

5.軟件:按鍵掃描,無論按鍵彈起還是,按下,都要延遲0.15s處理。