家電控製板的EMC設計
發布時間:2013-03-04 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)是(shi)家(jia)電(dian)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)衡(heng)量(liang)標(biao)準(zhun)參(can)數(shu)。由(you)於(yu)家(jia)電(dian)的(de)種(zhong)類(lei)繁(fan)多(duo),結(jie)構(gou)複(fu)雜(za),因(yin)此(ci),對(dui)其(qi)共(gong)性(xing)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)極(ji)為(wei)重(zhong)要(yao)。本(ben)文(wen)對(dui)家(jia)電(dian)共(gong)有(you)部(bu)件(jian)的(de)EMC進行了分析。這些分析對於其他的小家電的電磁兼容研究也具有一定的實際意義。
家電控製板的小體積,低成本決定了在線路中不會使用高成本的材料來解決其電磁幹擾問題。家電控製板的幹擾主要來自三大方麵:一是控製板本身產生的幹擾,二是來自負載的幹擾,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達成。
控製板自身的幹擾
控製板本身產生的幹擾
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,可以從以下方麵入手來解決:
● 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。
● 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)。
● 在電路板上每個IC上並接一個0.01~0.1μF高頻電容,以減小IC對(dui)電(dian)源(yuan)的(de)影(ying)響(xiang)。但(dan)應(ying)注(zhu)意(yi)高(gao)頻(pin)電(dian)容(rong)的(de)布(bu)線(xian),連(lian)線(xian)應(ying)靠(kao)近(jin)電(dian)源(yuan)端(duan)並(bing)盡(jin)量(liang)粗(cu)短(duan),否(fou)則(ze),等(deng)於(yu)增(zeng)大(da)了(le)電(dian)容(rong)的(de)等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu),而(er)這(zhe)會(hui)影(ying)響(xiang)濾(lv)波(bo)效(xiao)果(guo)。
● 布線時應避免90°折線,並盡量減少高頻噪聲發射。
● 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)。
● 注意晶振布bu線xian。晶jing振zhen與yu芯xin片pian引yin腳jiao應ying盡jin量liang靠kao近jin,並bing用yong地di線xian把ba時shi鍾zhong區qu隔ge離li起qi來lai,晶jing振zhen外wai殼ke要yao接jie地di並bing固gu定ding。最zui好hao在zai能neng使shi用yong低di速su晶jing振zhen的de場chang合he盡jin可ke能neng選xuan用yong低di速su晶jing振zhen。
● 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。
● 交流端用電感電容濾波:去掉高頻低頻幹擾脈衝,VCC和GND之間接電解電容及瓷片電容,以去掉高、低頻幹擾信號。
控製板本身的傳導幹擾
為了防止控製板電路產生的傳導幹擾,可在電路的進入口(即AC兩端)並接上一個電容C,圖1所(suo)示(shi)是(shi)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)電(dian)容(rong)抗(kang)擾(rao)電(dian)路(lu)連(lian)接(jie)圖(tu)。圖(tu)中(zhong)的(de)電(dian)容(rong)屬(shu)於(yu)安(an)全(quan)電(dian)容(rong),但(dan)必(bi)須(xu)在(zai)該(gai)電(dian)容(rong)的(de)兩(liang)端(duan)並(bing)聯(lian)一(yi)個(ge)安(an)全(quan)電(dian)阻(zu),以(yi)防(fang)止(zhi)電(dian)源(yuan)線(xian)拔(ba)插(cha)時(shi)電(dian)源(yuan)線(xian)插(cha)頭(tou)長(chang)時(shi)間(jian)帶(dai)電(dian)。因(yin)為(wei)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun)規(gui)定(ding),當(dang)正(zheng)在(zai)工(gong)作(zuo)之(zhi)中(zhong)的(de)機(ji)器(qi)電(dian)源(yuan)線(xian)被(bei)拔(ba)掉(diao)時(shi),在(zai)兩(liang)秒(miao)鍾(zhong)內(nei),電(dian)源(yuan)線(xian)插(cha)頭(tou)兩(liang)端(duan)所(suo)帶(dai)的(de)電(dian)壓(ya)(或對地電位)應小於原來電壓的30%。

圖1:電容抗擾電路
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AC250V或AC275V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AC250V或DC400V之類的電容來代用。
抗kang擾rao電dian容rong一yi般ban都dou選xuan用yong紋wen波bo電dian流liu比bi較jiao大da的de聚ju脂zhi薄bo膜mo安an全quan電dian容rong,這zhe種zhong電dian容rong體ti積ji一yi般ban都dou很hen大da,允yun許xu瞬shun間jian充chong放fang電dian的de電dian流liu也ye很hen大da,即ji內nei阻zu比bi較jiao小xiao。而er普pu通tong電dian容rong紋wen波bo電dian流liu的de指zhi標biao一yi般ban都dou很hen小xiao,動dong態tai內nei阻zu較jiao大da,因yin此ci,用yong普pu通tong電dian容rong代dai替ti安an全quan電dian容rong,除chu了le耐nai壓ya條tiao件jian不bu能neng滿man足zu以yi外wai,一yi般ban紋wen波bo電dian流liu指zhi標biao也ye難nan以yi滿man足zu要yao求qiu。
實shi際ji上shang,光guang靠kao用yong安an全quan電dian容rong就jiu想xiang把ba傳chuan導dao幹gan擾rao信xin號hao完wan全quan濾lv除chu是shi不bu可ke能neng的de。因yin為wei幹gan擾rao信xin號hao的de頻pin譜pu非fei常chang寬kuan,基ji本ben覆fu蓋gai了le幾ji十shi千qian赫he到dao幾ji百bai兆zhao赫he甚shen至zhi上shang千qian兆zhao赫he的de頻pin率lv範fan圍wei。一yi般ban對dui低di端duan幹gan擾rao信xin號hao,其qi濾lv除chu需xu要yao很hen大da容rong量liang的de濾lv波bo電dian容rong,但dan受shou到dao安an全quan條tiao件jian的de限xian製zhi,電dian容rong的de容rong量liang不bu能neng太tai大da;erduigaoduanganraoxinhaodelvchu,darongliangdianrongdelvboxingnengyoujicha,tebieshijuzhibomodianrongdegaopinxingnengyibandoubijiaocha,bingqiejuzhibomojiezhidegaopinxiangyingtexingyutaocihuoyunmuxiangbixiangchahenyuan,ciwai,yibanjuzhibomojiezhidoujuyouxifuxiaoying,huijiangdidianrongqidegongzuopinlv。juzhibomodianronggongzuopinlvfanweidayuezai1MHz,超過1MHz時shi其qi阻zu抗kang將jiang顯xian著zhu增zeng加jia。因yin此ci,抑yi製zhi電dian子zi控kong製zhi板ban本ben身shen產chan生sheng的de傳chuan導dao幹gan擾rao除chu了le選xuan用yong這zhe種zhong電dian容rong進jin行xing濾lv波bo以yi外wai,一yi般ban還hai要yao同tong時shi選xuan用yong多duo個ge電dian感gan濾lv波bo器qi一yi起qi組zu合he來lai對dui幹gan擾rao進jin行xing濾lv波bo。電dian感gan濾lv波bo器qi屬shu於yu低di通tong濾lv波bo器qi,但dan電dian感gan濾lv波bo器qi也ye有you很hen多duo種zhong類lei和he無wu數shu種zhong規gui格ge(如差模、共模以及高頻、低頻)等deng,每mei種zhong電dian感gan主zhu要yao都dou是shi針zhen對dui某mou一yi小xiao段duan頻pin率lv的de幹gan擾rao信xin號hao而er起qi濾lv除chu作zuo用yong,而er對dui其qi他ta頻pin率lv的de幹gan擾rao信xin號hao作zuo用yong不bu大da。電dian感gan量liang很hen大da的de電dian感gan,其qi線xian圈quan匝za數shu很hen多duo,分fen布bu電dian容rong也ye很hen大da,高gao頻pin信xin號hao會hui通tong過guo分fen布bu電dian容rong旁pang路lu掉diao,另ling外wai,導dao磁ci率lv很hen高gao的de磁ci芯xin,其qi工gong作zuo頻pin率lv也ye不bu高gao。目mu前qian,國guo內nei大da量liang使shi用yong的de電dian感gan濾lv波bo器qi磁ci芯xin的de工gong作zuo頻pin率lv大da多duo數shu都dou在zai75MHz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)。
負載幹擾
家電中的負載包括線性負載(如熱水器)和非線性負載(豆漿機,絞肉機等)。非線性負載是一種頻譜極寬的幹擾源,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;由於不恰當的操作、接觸器的接觸不良、炭刷不幹淨等原因,都會產生數倍於正常運轉時的幹擾情況,為了減少幹擾,應當保證接觸器的接觸可靠、開關動作的正常和觸頭的壓力,還要保持炭刷和換向器的幹淨,保證炭刷本身的質量和換向器的光潔度;同時保證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。

圖2:負載的電器濾波電路
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,一般為幾十至幾百納法;C2選穿心電容,一般為1~4.7 nF。zengjiagaidianrongdemudeshiweileyizhizaosheng,dandianrongdeanzhuangweizhibutong,yishengaopinduandeganraoyizhixiaoguohuiyouhendabianhua,suoyi,anzhuangshiyaotebiezhuyidianrongdejiediwaikeyingyudiandongjizuohuojinshuwaikedezuiduanlianjie。tongshiyingzailianxianshishidianrongqideshuru、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。

圖3:Δ形幹擾抑製電路
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。
電磁場在電纜上的感應
diancichangzaidaoxianzhongganyingchudedianyayibanshigongmodianya,erfuzaishangdedianyazeyixitongzhongdegonggongdaotihuodadiweicankaodian。yibanyixitongzhongdecankaodixianmianweicankaodian。duiyuduoxindianlanlaishuo,zheyiweizhedianlanzhongdesuoyoudaotidoubaoluzaitongyigechangzhong,tamenshangmiansuoganyingdedianyaqujueyumeigendaotiyucankaodianzhijiandezukang。yizhiganraodefangfakeyishiyonggongmoyizhifa,qiyuanliturutu4所示。

圖4:共模移值幹擾抑製電路
圖4zhonggongmoeliuquandeteshuraozhifangfajuedingletajinduigongmodianliuyouyizhizuoyong,erduidianlugongzuosuoxuyaodechamodianliumeiyouyingxiang。yinci,gongmoeliuquanshijiejuegongmoganraodelixiangqijian。lixiangdegongmoeliuquandedipingongmoyizhizuoyongjiaoxiao,ersuizhepinlvdeshenggao,yizhixiaoguozengjia。zheyupinghengdianludipingongmoyizhibigao,suizhepinlvshenggaopinghengxingbiancha,gongmoyizhibijiangdidetexingzhenghaoxiangfan,yincitamenjuyouhubuxing。suoyi,zaipinghengdianluzhongshiyonggongmoeliuquanhou,dianlukezaijiaokuandepinlvfanweineibaochijiaogaodegongmoyizhibi。
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zi然ran界jie的de雷lei擊ji都dou可ke能neng引yin起qi浪lang湧yong,且qie其qi危wei害hai較jiao大da,有you時shi可ke能neng引yin起qi振zhen蕩dang甚shen至zhi燒shao壞huai整zheng個ge係xi統tong。家jia用yong電dian器qi一yi般ban不bu會hui直zhi接jie受shou到dao雷lei電dian的de幹gan擾rao,大da多duo是shi通tong過guo傳chuan導dao線xian路lu中zhong的de感gan應ying電dian流liu或huo電dian壓ya引yin起qi的de騷sao擾rao。良liang好hao的de接jie地di是shi解jie決jue這zhe一yi幹gan擾rao的de有you效xiao手shou段duan。
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。

圖5:采用TVS的浪湧抑製電路
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