电子电器产品电磁兼容设计平台开发及应用

张薇琳

【摘 要】本文目的在于构建各种电子电器产品的电磁兼容分析评估模型，建立一个电磁兼容预设计平台，普及和规范电磁兼容设计技术，提高电子电器产品的设计生产水平及在国际市场的竞争力。以高频大功率开关电源作为平台的使用案例，说明该平台基本达到设计目的。

【关键词】电子电器；电磁兼容；模型；数据库；预设计

0 引言

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[1]。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。

1 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[2]。

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。

2 电磁兼容预设计平台的实现

2.1 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。

2.2 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。如图1所示。

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。如图2和图3所示。

3 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[3，4]。

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时如图4所示。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如图6所示。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，建模和观测点场强如图7所示。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[4]。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。

4 总结

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[5]。

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[M].北京：清华大学出版社，2009.

[2]周宇英，梁茹，黄炳贺，黄瑞建，广东省日用电器及电子电器产品电磁兼容现状调研[J].安全与电磁兼容，2009（2）.

[3]Jean-Philippe Parmantier. Numerical Coupling Models for Complex Systems and Results， IEEE Trans. on EMC 2004，46（3）：359-367.

[4][1]B. Archambealt， C. Brench and O. M. Ramabi. EMI/EMC Computational Modeling Handlbook[M].Second Edition.Kluwer Academic Publishers， 2001.

[5]周志敏，纪爱华.电磁兼容技术[M].北京：电子工业出版社，2007.

[责任编辑：王伟平]