关键词：电子电器；电磁兼容；模型；数据库；预设计
引用：我国在电磁兼容领域起步较晚，技术水平不高、经验积累不足。目前我国的电子电器企业普遍缺乏科学有效的电磁兼容设计能力，由此带来的许多问题制约了电子电器产业的发展。这种现状导致企业产品设计开发周期延长、研发和生产成本提高、竞争力下降；有些产品无法通过严格的国际电磁兼容标准（如CE、FCC），面临巨大的电磁兼容技术壁垒，从而大大影响了产品出口。为此，企业强烈需求行之有效的电磁兼容设计、分析、检测、控制技术和培训。
一、电子电器产品电磁兼容意义
电磁电磁兼容性是电子电器产品的重要性能指标之一。如果在产品开发阶段解决电磁兼容问题所需费用为1，那么等产品定型后再想办法解决，费用将是10倍；若到产品批量生产后解决，费用将是100倍；若到用户现场发现问题后解决，费用可能是1000倍。如果在产品的开发阶段，同时进行电磁兼容性设计，就可以把80%～90%的电磁兼容性问题解决在产品定型之前。
随着电子电器产品制造技术的飞速发展，实际应用中的各类电子电器产品的电磁干扰和互相不兼容问题日益突出。工业发达国家和地区都把电磁干扰的控制纳入国家法制管理和环境保护的范围。90年代以来，许多国家都相继颁布相关法令、管理规范及标准等，对电工、电子设备的生产和市场流通，以及从事有电磁辐射活动的台站或企业的建立实行全面管理和监督。
我国政府对电磁兼容事业相当重视，先后发布了83项电磁兼容国家标准，其中强制性标准29项。国家质量技术监督局于1999年发布了《电磁兼容认证管理办法》，并于2000年发布了《第一批实施电磁兼容安全认证的产品目录》。对目录中所涉及的产品实施EMC安全认证制度，这些产品在进入流通领域时将进行强制性监督管理。
二、芯片等有源器件的选用和印制电路板设计是关键
首先，必须注意芯片等有源器件固有的敏感特性和电磁骚扰发射特性，芯片等有源器件可以分为两类:调谐器件和基本频带器件。调谐器件起带通元件作用，其频率特性包括:中心频率、带宽、选择性和带外乱真响应。基本频带器件起低通元件作用，其频率特性包括:截止频率、通带特性、抑制斜率和乱真响应；除频率特性外，还有输入阻抗特性、输入端的平衡不平衡特性和敏感度特性。模拟器件的敏感度特性取决于灵敏度和带宽；数字器件的敏感度特性取决于直流噪声容限或噪声抗扰度。芯片等有源器件有两种电磁骚扰发射源:传导骚扰源和辐射骚扰源。数字器件是一种最常见的宽带骚扰源，其翻转时间或上升/下降时间越短，所占频谱越宽。瞬态地电流是传导骚扰和辐射骚扰的初始源，减小瞬态电流必须减小印制电路板接地阻抗和使用去耦电容。为了控制印制电路板的差模辐射，需将信号线和回线紧靠在一起，减小信号路径形成的环面积:为了控制共模辐射，可以使用接地栅网或接地平面，也可使用共模扼流圈。当然，降低频率和信号电平,增加信号的上升/下降时间、合理选择接地点，都是降低辐射的重要措施。
其次，在设计印制电路板时，应优选多层板，将数字电路和模拟电路安排在不同层内:电源层应靠近接地层，并在接地层下方:骚扰源应单独安排一层，并远离敏感电路层。应注意，单面板虽然制造简单、装配方便，但只适用于一般电路要求，不适用于高组装密度或复杂电路的场合；而双面板适用于只要求中等组装密度的场合。印制电路板设计的基本原则是:?20—H原则，H是两层面的距离,即元、器件平面应比接地层平面小20倍H,才能减小辐射:2一W原则，W是导线宽度，即导线间距不小于两倍导线宽度；导线应短、宽、均匀、直，如果转弯，应使用圆角；导线宽度不要突变，导线不要突然拐角。为了进一步控制辐射，印制电路板布线时，应遵循以下原则:信号线、电源线应尽可能靠近地线或回线，以减小差模辐射的环面积:各信号线中间用地线隔开，有助于减小交扰:数字器件按逻辑速度分组，相对集中，减小耦合，高频、高速器件要靠近印制板连接器；高电平电路应与敏感电路隔离等。
三、电磁兼容预设计平台的实现
3.1 系统功能
该平台集成了电磁兼容的各类标准库、分析模型库、产品数据库、测试技术、设计技术，并对这些知识源的知识进行选择、汇集、分类和组织，根据其特点融入系统，实现对电磁兼容知识的查询、解释的功能，解决设计中的常见问题、指导产品电磁兼容设计等问题。
3.2 系统各部分
登录成功后，进入了电磁兼容预设计平台可以看到系统软件的具体项目：仿真平台、仿真设计、检测导航、EMC标准、产品数据库、数据库维护、设置。
仿真设计部分包括三部分：仿真设计准则、仿真实例、整改措施。根据所选择的电子电器产品，给出需要进行的检测方法、连接模版图、相关标准等信息，指导用户进行测试分析。
数据库部分包括EMC基础知识库、EMI库、EMS库与产品测试数据等。
四、平台应用案例
电子电器家用电器产品有其自身的特性，涉及整流、逆变、电机、微处理器等部件，要实现电磁兼容预设计，进行EMC仿真分析和计算分析是必需的，而电路和器件EMC分析模型的建立是一个难点。
以开关电源为例，采用全波有限元算法计算10次谐振频点，及谐振电压分布。芯片电源频率扫描分析在20kHz时。由于本文开关电源的主频和谐波都不会达到GHz以上，20kHz频率较低，所以本开关电源的PCB控制板电磁兼容。
对变压器建模仿真，从结果中可以看出散热器和输出铜排上产生了严重的感应涡流，变压器漏磁的存在，降低了变压器的工作效率。
对现有壳体进行屏蔽仿真，输入输出口、通风处电场分布特性分别。从结果看出通风处，输入输出处均可能产生电磁泄露。
由FLOEMC建模分析壳体屏蔽效能，在机壳内设置导线为辐射源，建模和观测点场强。从仿真结果可以看出位于壳体外的观察点处有严重的电磁辐射存在，此时电缆成为引起辐射的干扰源。
根据仿真优化的结果，采取了滤波、布局优化、接地屏蔽等措施，可以使得开关电源电磁兼容问题得到明显改善。加优化滤波电路使得电源线输入端传导干扰整体下降15～35db，对元器件布局及走线进行重新规划，接地及屏蔽优化使得电源线输入端共模传导干扰整体下降10～20db。
结束语：
近场电场屏蔽的必要条件是采用高导电率金属屏蔽体并接地；接地良好的屏蔽体还可以实现远场电磁屏蔽。电磁骚扰入侵屏蔽体的主要途径是输入输出接口和电源线输入口。
该平台能够较好的构建各种日用电器及电子电器产品的电磁兼容分析、评估模型，进行全系统级电磁兼容预设计。后续工作需构建完备的电磁兼容案例数据库，并针对各家用电器研究提出各分系统的电磁兼容指标。
参考文献：
[1]邵小桃，电磁兼容与PCB设计 2016
[2]周瑞建，广东省日用电器及电子电器产品电磁兼容现状调研 2017
[3]周志敏，纪爱华.电磁兼容技术 2017
论文作者:王和家
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/19
标签：电磁兼容论文; 器件论文; 特性论文; 电磁论文; 电器产品论文; 导线论文; 屏蔽论文; 《防护工程》2019年第1期论文;