空调产品EMC设计和整改分析论文_方威

摘要：EMC电子产品产生影响的因素比较多，同样避免这些因素影响的手段与方法也比较多。例如合理的布线、优秀的屏蔽以及适当的线路分布等等。但是因为受到产品的成本以及自身原因的影响，上述方式不一定会被完全都用在产品设计当中。

关键词：空调开发；空调电子控制器；EMC设计和整改；

1 概述

家电产品同一般的消费电子产品的EMC不一样，一般的消费电子属弱电高频器件，而家电产品的工作频率一般不会很高，但是强弱电共存，所以在EMC处理上也不尽相同。针对家电产品的EMC设计进行分析，并提出了整改意见。影响电子产品的EMC因素很多，同样，清除这些影响的方法和手段也是多种多样。比如合适的电路和器件、良好的屏蔽层、优秀的板级走线、合理的空间走线和分布等等。但往往受成本和产品本身特性的制约，以上方法不一定都可以尽情地使用在产品设计中，比如：为了削除变频功率因素校正PFC器件的开关干扰，增加多级的线性滤波器，这样做虽然可以有效的削除干扰，但是相应的成本也就大大增加，这对于现今竞争激烈的家电行业来说是不现实的；同样，为了削除空调变频压缩机的空间耦合辐射，需要将电源线的线路远离变频压缩机等辐射源，但整个空调外机走线的空间十分有限，所以这样做也是有一定限度的。

2 影响空调电子控制器的电磁干扰因素

电磁干扰主要分为传导干扰与辐射干扰。其中传导干扰是将电网络上的一个耦合信号（干扰）通过电解质传到另外的一个电网络上。而辐射干扰是借助空间传输实现干扰源将信号耦合（干扰）由一个电网传输到另外一个电网上。所以，研究EMC问题主要是研究其干扰源、耦合途径、敏感设备这三者之间的关系。干扰源：变频柜式的空调干扰源通常是集中在PFC模块、变频直流压缩机、逆变模块、高频工作以及开关电源的DSP芯片当中。耦合途径：其主要表现在差模与共模这两种模式之间的干扰信号。敏感设置：在电子控制器当中，控制芯片与主控IC属于最敏感的器件。

3 空调电子控制器的EMC设计分析

3.1 EMC的电路设计。主要是防护差模与共模干扰，此外借助一些保护器件来实现电子控制器对外部信号的干扰防止。如图1是单级防护电路，该电路的优点是设计简单，能够有效的一直一般的干扰，对于外部的干扰和冲击能够有效的防止。但是遇到很强的干扰信号时，此电路就没有什么作用了，如果此时在其中增加几级滤波电路，能够提高电路的抗干扰效果，但是其设计成本也随之增加。相对比而言，成本较低的解决方案还有：优化PCB板级的走线设计以及强弱电走线方式，也能够提高电路的抗干扰能力。

3.2 时钟电路EMC设计。时钟电路是这几个电路当中运作频率极高，且最容易出现电磁波噪声的电路，当电磁波的干扰强度超出一定范围时，就会出现无法预计的结果。所以，在进行电路设计的过程中需要考虑以下几个原则，将电磁波的噪声控制和减少。（1）时钟线路当中用到滤波电容，尽可能的用边缘上升速率比较低的时钟缓冲器件。（2）尽可能的缩短时钟信号的走线长度，增加线宽，同时减少用孔量。（3）某些情况可以通过为时钟线路增加保护线线路来提高其抗干扰的能力，就是在时钟线路的两侧铺设两条接地线对干扰信号进行屏蔽。（4）对于时钟电路以及高频电路中常见的干扰与辐射一定要进行单独的设计，使其远离敏感电路。（5）各类时钟IC芯片都要采用就近接地。

3.3 PCB设计。因为家用电器产品的普通工作频率并不是很高，其属于低频强电线路的设计，因此设计PCB的过程中，主要是集中在其及时处理的抗干扰能力上，确保EFT测试项目能够顺利的通过。根据个人的设计经验来看，在进行PCB布板设计时需要注意以下几个要点：（1）各个部件之间设计的引线长度不要过长，能短则短；在进行布局的过程中，将模拟信号的部分、噪声源部分以及高速数字电路部分进行合理的分开，能够使各部分之间的信号耦合达到最小。（2）各个集成电路的电源，接地之间还需要增加一个去耦电容。去耦电容本身具有两个作用：第一，属于该集成电路中的蓄能电容，为该集成电路提供和吸收电能，同时在开关的瞬间实现电能的充放；第二，将该器件当中的高频噪声旁路掉。通过单点接电源以及单点接地实现对单面板和双面板的接地处理，同时尽量加粗电源线和接地线，这样能够将干扰信号充分吸收。尽量将复位电路和芯片靠近，这样可以尽量减少复位信号手动啊环路的干扰，同时确保IC的关键信号不被影响，这样能够大大的提高芯片工作的稳定性。芯片与供电部分之间的距离越远越好（除开关电源之外）。以上只是将关键的几个处理意见列举出来，实际影响EMC的因素还有很多，在实际的开发过程中要针对不同的产品采取不同的处理方式。

4 带微处理器空调器电磁兼容(EMC)的分析

它既是个敏感设备又是个干扰源。由于他是个低电平系统，在超过干扰门限后数据很难恢复，因此他是个敏感设备;另一方面，微处理器的数字脉冲信号具有极宽的频谱，故又是个干扰源。所以说微处理器电路在一个相当复杂的电磁环境中。通常微处理器干扰源包括了时钟电路、高速逻辑电路、DCDC电路、晶闸管IGBT工频电源、电网（感应雷击浪涌和高频电磁波）、电机开关部件（键盘、继电器）传输线和电缆接头PCB印刷电路板等方面。(2)空调的另外一个特点是以数字逻辑电路为主的数模混合电路，脉冲与渐变信号同时存在。它是一个高速脉冲的低电平系统，但瞬间产生的电压极高。干扰对数字电力和模拟电路的影响在本质上是不同的:对模拟电路，干扰的影响是连续的，随着干扰的增大而增大，干扰消失后一般可以恢复原状态;对数字电路，在干扰低于噪声容限时几乎没有任何影响，但只要超过噪声容限时会造成难以恢复的影响。尤其是数字电路工作在开关状态。该器件的接地也是脉动电压，通过有阻抗地线时，将产生脉动的电流，当模拟电路一次电压为参考电压，就会造成很大误差，并造成工作不稳定。

5 EMC的整改分析

针对地线处理设计上，笔者在开发变频柜式空调时对地的处理上没有特别关注，EFT测试没有通过，导致后面的开发工作很被动。经过分析，当时的设计对于地线处理，最明显的是地线没有分开走，没有遵守单点接地的原则。后边改进后的PCB设计，将各个地线分开走线，并在远处单点接地处理后，顺利通过了EFT测试。关于强电走线的处理上，变频柜式空调的压缩机是很强的一个干扰源，所以在走线上如果处理不好，如强电线过分靠近压缩机，则会带入很强的干扰。图1是整改前的走线，

图1

图2

图3

图4

图2是整改前的测试效果。要解决这个问题，首先要找出干扰源，查找的方法可以用逐一排除法，直到找到影响最大的因素，再针对这个因素进行改善。这里很快就可以发现真正的干扰源就是变频压缩机。而处理上见效最快成本最低的方法就是将强电走线尽量远离干扰源。图3是整改后的走线，图4是整改后的测试效果。

家电空调产品的EMC设计对于产品的可靠性是非常重要的，所以处理起来一定要慎重。设计上必须从电路原理设计方案、屏蔽盒设计方案等开始就要考虑EMC这个现实的问题，并认真规划PCB板局，只有各个影响EMC的因素考虑在先，才可以开发出一款高质量的成功的产品来。

参考文献

[1]张秀英，空调产品EMC设计和整改分析.

[2]谢利平,陈海燕，.提高开关电源抗EFT/B干扰性能的研究.2017.

论文作者:方威

论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期

论文发表时间:2018/12/12

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