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ICduidianyuandeyingxiang。danyingzhuyigaopindianrongdebuxian,lianxianyingkaojindianyuanduanbingjinliangcuduan,fouze,dengyuzengdaledianrongdedengxiaochuanliandianzu,erzhehuiyingxianglvboxiaoguo。
● 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);而(er)對(dui)高(gao)端(duan)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)的(de)濾(lv)除(chu),大(da)容(rong)量(liang)電(dian)容(rong)的(de)濾(lv)波(bo)性(xing)能(neng)又(you)極(ji)差(cha),特(te)別(bie)是(shi)聚(ju)脂(zhi)薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)的(de)高(gao)頻(pin)性(xing)能(neng)一(yi)般(ban)都(dou)比(bi)較(jiao)差(cha),並(bing)且(qie)聚(ju)脂(zhi)薄(bo)膜(mo)介(jie)質(zhi)的(de)高(gao)頻(pin)響(xiang)應(ying)特(te)性(xing)與(yu)陶(tao)瓷(ci)或(huo)雲(yun)母(mu)相(xiang)比(bi)相(xiang)差(cha)很(hen)遠(yuan),此(ci)外(wai),一(yi)般(ban)聚(ju)脂(zhi)薄(bo)膜(mo)介(jie)質(zhi)都(dou)具(ju)有(you)吸(xi)附(fu)效(xiao)應(ying),會(hui)降(jiang)低(di)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)。聚(ju)脂(zhi)薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)大(da)約(yue)在(zai)1MHz,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。增(zeng)加(jia)該(gai)電(dian)容(rong)的(de)目(mu)的(de)是(shi)為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng),但(dan)電(dian)容(rong)的(de)安(an)裝(zhuang)位(wei)置(zhi)不(bu)同(tong),以(yi)甚(shen)高(gao)頻(pin)段(duan)的(de)幹(gan)擾(rao)抑(yi)製(zhi)效(xiao)果(guo)會(hui)有(you)很(hen)大(da)變(bian)化(hua),所(suo)以(yi),安(an)裝(zhuang)時(shi)要(yao)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)電(dian)容(rong)的(de)接(jie)地(di)外(wai)殼(ke)應(ying)與(yu)電(dian)動(dong)機(ji)座(zuo)或(huo)金(jin)屬(shu)外(wai)殼(ke)的(de)最(zui)短(duan)連(lian)接(jie)。同(tong)時(shi)應(ying)在(zai)連(lian)線(xian)時(shi)使(shi)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)、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4中zhong共gong模mo扼e流liu圈quan的de特te殊shu繞rao製zhi方fang法fa決jue定ding了le它ta僅jin對dui共gong模mo電dian流liu有you抑yi製zhi作zuo用yong,而er對dui電dian路lu工gong作zuo所suo需xu要yao的de差cha模mo電dian流liu沒mei有you影ying響xiang。因yin此ci,共gong模mo扼e流liu圈quan是shi解jie決jue共gong模mo幹gan擾rao的de理li想xiang器qi件jian。理li想xiang的de共gong模mo扼e流liu圈quan的de低di頻pin共gong模mo抑yi製zhi作zuo用yong較jiao小xiao,而er隨sui著zhe頻pin率lv的de升sheng高gao,抑yi製zhi效xiao果guo增zeng加jia。這zhe與yu平ping衡heng電dian路lu低di頻pin共gong模mo抑yi製zhi比bi高gao,隨sui著zhe頻pin率lv升sheng高gao平ping衡heng性xing變bian差cha,共gong模mo抑yi製zhi比bi降jiang低di的de特te性xing正zheng好hao相xiang反fan,因yin此ci它ta們men具ju有you互hu補bu性xing。所suo以yi,在zai平ping衡heng電dian路lu中zhong使shi用yong共gong模mo扼e流liu圈quan後hou,電dian路lu可ke在zai較jiao寬kuan的de頻pin率lv範fan圍wei內nei保bao持chi較jiao高gao的de共gong模mo抑yi製zhi比bi。
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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