家用电器电磁干及其控制.doc

家用电器的电磁干扰（EMI）及其控制 柳光福 方国兴 上海埃德电磁技术有限公司 （上海201103） 摘要：本文分析了常用家用电器产生电磁干扰（EMI）的原因、传播途径和控制方法，阐述了EMI电源滤波器网络结构和工作原理。 叙词：电磁干扰（EMI） 电磁兼容（EMC） EMI电源滤波器 1 前言 家用电器、电动工具和类似器具在工作时所产生的无线电干扰在国内外早已引起人们的高度重视。理论和实验证明，家用电器产品的电磁兼容性能必须满足相关标准的要求。否则，人类生存的电磁环境将遭到破坏，由此产生的影响和损失是无法估量。因此，家用电器的电磁兼容性能已经成为衡量其产品质量的重要指标。 常用家用电器主要包括吸尘器、电风扇、洗衣机、干衣机、电冰箱、空调、电脑、电子游戏机、电磁灶、微波炉等，都会产生电磁干扰（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干扰是相当严重的。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）是在开关状态下工作。如图1所示PWM控制的变频控制电路，在其a与b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下降时间。为方便分析，假定上升和下降时间相等，方形为等腰梯形，如图3中右上角所示。 按照福里衰级数的分析方法，可以算出其各次谐波的幅度为： Vn=2V 式中：Vn ---- n次谐波的幅值，V； V ---- 方波的幅值，V； tr ---- 上升和下降的时间，s； τ---- 方波宽度，s； T ---- 周期，s。 在一定的重复频率下，其各次谐波幅度的包络如图３所示。由于图2所示的方波宽度是各不相同的。于是，其生成的谐波幅度的包络就更加的复杂了。由于实际应用中的方波幅度很高，有的甚至高达几千伏，这样一来，由（1）式估算出的高次谐波直到移动通讯的频率范围（900MHz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干扰源。 2 电磁干扰（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干扰和辐射干扰，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（CM）EMI信号。其中，差模是指在相线（L）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6。 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所示的等效环形天线的模型来表示。在远场范围内的r点处生成的最大场强为： E=131.6×10-16[f2AI][1/r] E----在远场范围内r点处的场强，V/m； f----差模EMI信号的频率，Hz； A----差模信号等效环路面积，m2 ； I----差模信号电流，A； r----到等效环路中心的距离，m。 只要等效环路周长小于所计算的差模EMI信号的四分之一波长，由（2）式估算出的结果是相当准确的。 另一方面，由于电流流过时，会在导体上面产生电压降。当用电缆把有关地线和设备（或系统）的“地”连接起来后，某些部位的电位会比设备（或系统）的“地”电位高，这就是共模电位。在一定的条件下，这个电位所生成的电流会以电场辐射的方式向外辐射电磁干扰能量，我们可用图8所示的等效单极天线的模型来说明，在远场范围内r点处生成的最大场强为： E=4π×10-7[ fIL][1/r] 式中：E----在远场范围内r点处的场强，V/m； f----共模EMI信号的频率，Hz； I----接地电缆中的共模电流，A； L----等效单极天线的长度，m。 只要等效单极天线的长度小于所估算的干扰信号的四分之一波长，由（3）式估算出的最大场强E是相当准确的。 大家都知道，EMI要污染环境，也可能会对电器内和其他电器的一些敏感电子电路的正常运行造成危害。那么，如何把EMI控制到一定的电平才能保护环境，确保电器内和其他电器的一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