电磁兼容性能现已经成为衡量家用电器产品质量的重要指标。目前,常用家用电器卞要包括吸尘器、电风扇、洗衣机、千衣机、电冰箱、空调、电脑、电子游戏机、电磁灶、微波炉等,都会产生电磁千扰EMI,尤其是采用变频技术的空调、洗衣机、冰箱、微波炉、电磁灶等,其运行时产生的电磁千扰是相当严重的。我
们都知道,变频技术的一个重要特点,就是其采用的功率器件如:GTR,GTO和MOSFET等)是在开关状态卜工作。如图1所示P}}'M控制的变频控制电路,在其a与I)点之间的电压波形如图2所示,是一系列宽度不等的方波。由于种种原因,方波的前后沿总是有一定的上升和卜降时间。为方便分析,假定上升和卜降时间相等,方形为等腰梯形,如图3中右上角所示。
至高达几千伏,这样一来,由4)式估算出的高次谐波直到移动通讯的频率范围}OOMH:和1800MHz)仍然是十分可观。从电磁兼容性EMC)的观点来分析,它就是一个必须加以控制的强烈千扰源。
2电磁千扰EMI >路径分析
为了能有效控制家用电器正常运行时产生的EMI信号,首先要分析其EMI信号的传播路径。
图4为家用电器的单相电网框图。图中家用电器产生的EMI会沿导线和空间辐射的路径传播,这就是我们所说的传导千扰和辐射千扰,由此
对同一电网上邻近电子设备的正常运行构成威胁。图4中用实线箭头的线表示EMI信号沿导线传播的路径,以虚线箭头的线表示EMI信号经空间传播路径。无论EMI信号沿导线还是经空间的路径传播,均可分为差模DM )EMI信号和共模(7M )EMI信号。其中,差模是指在相线E)和中线N)之间的EMI信号,见图5;共模是指在相线L>与地线E)之间和中线N)和地线E)间的EMI信号,见图60
关于差模EMI信号产生的辐射是由差模电流流经导体形成环路而生成,可用图7所示的等效环形大线的模型来表示。在远场范围内的:点处生成的{zd0}场强为:
些敏感电子电路的正常运行呢?这个问题一直在引起人们的关注。为了控制EMI,世界各国都制定有相应的标准,即电磁兼容性标准。这些标准中规定的EMI电平极限值,是根据电波传播理论和实际测得的数据,结合当时科技发展的水平来规定的。例如美国的FCC标准,欧共体的CE标准,我国也有相应的电磁兼容性标准。这些标准就是控制EMI的法律。如欧共体规定,从1997年1月1日起,所有进入欧共体的电子、电器产品必须符合CE规定的要求,否则,不允许销售,对违规销售处以重罚。我国从八十年代初开始起草这方而的标准,并于1984年发布了GB4343-84电动工具、家用电器和类似器具无线电千扰特性测量方法允许值,九十年代初,在等效采用C. I. S. P. R.第14号出版物第二版的基础上对其作了重大修改,现在新版标准GB4343-95作为家用电器、电动工具以及类似器具产品无线电千扰合格认证的依据,在无线电千扰标准体系中占有重要的位置。
该标准的贯彻与实施涉及千家万户能否正常收看电视、收听广播、进行无线电通讯,关系着我国家用电器产品能否进入国际市场。图9即为GB4343-95标准规定的家用电器传导千扰极限值,图10是GB4343-95标准规定的家用电器辐射千扰的极限值唯峰值)。当然,标准也规定了严格的测量方法。要满足标准规定的
EMI极限值,就必须采取控制EMI的相应措施和设计方法。
一方而,我们知道了千扰源的特性和相关的估计方法。另一方而,按照实际情况能分析综合出有关的电路模型。这样一来,便可用计算机算出有关电磁千扰的幅值。科技人员长期的努力已经开发出了很多可供实用的软件,只要输入有关千扰源和电路元件结构的数据,便可显示xx扰信号幅度和场强的分布。有
了这些相关的信息,为控制电磁千扰提供了可靠的依据。
3 EMI的控制与EMI滤波器
要使电器产品满足有关电磁兼容性EMC)标准的要求,必须在产品的开发设计阶段做大量控制EMI的工作。首先要选取适当的元件和电路,使之在实现电路功能的同时,能够达到控制EMI的目的;其次,要根据电路的特点来设计电路的走线和元件排布,这方而有很多控制EMI行之有效的经验。由很多印刷电路板组成设备,由设备集成为系统的时候,电缆敷设、接地、滤波和屏蔽就成了控制电磁千扰的关键技术。其中,屏蔽是控制EMI经由空间传播的有效措施。EMI滤波器主要是控制EMI经导线传播的xxx措施。若能把滤波和屏蔽这两项技术有机地结合起来,应用得恰到好处,把EMI控制到有关标准规定的极限值以内肯定能实现。到目前为止,很少发现不用EMI滤波器的设备或系统就能满足有关电磁兼容性标准的例子。合理选用和正确安装EMI滤波器后,它除了能控制沿导线传播的EMI信号外,还能有效控制EMI信号从电缆产生的辐射传播。
由于多种原因,L1,和L2:的电感量是不相等的,于是,L4,和L2:之差便是差模电感,它和Cx又组成L与N之间的一只低通滤波器,用来抑制电器运
行时产生的差模EMI信号。从而实现对EMI信号的控制。
由于图11的电路是无源网络,它具有互易性。当EMI滤波器安装在家用电器变频控制电路的电源入口处后,它既能有效地抑制图1所示变频电路运行时产生的EMI信号传入电网污染电磁环境,去千扰接在同一电网上的其他电子设备,又能大大衰减电网上传播的其他千扰信号对家用电器变频控制电路等的影响。
4 EMI滤波器的应用
电源EMI滤波器是无源网络,具有互易性,即把负载接在EMI滤波器的电源)端,还是接在(负载)端都是可以的。在实际应用中,要达到有效地抑制EMI信号的目的,必须根据滤波器两端将要连接的EMI源阻抗和负载阻抗的特性来合理选取网络结构,无论怎样复杂的电源EMI滤波器,都可以把它的共模和差模滤波网络抽象出来,简化为图11中所示的低通滤波网络。按源阻抗和负载阻抗的组合原则,来选择EMI滤波器的网络结构和参数。才能得到满意的抑制效果。这是电源EMI滤波器的应用技巧。
十多年来,我们在用EMI滤波器来解决家用电器电磁千扰方而积累了一些经验,为国内多家品牌家用电器进行电磁兼容性(EMC)设计改装,产品涉及有空调、洗衣机、洗碗机、千衣机、吸尘器、微波炉等,并设计开发了多种配套EMI电源滤波器见附表1