利用濾波器減少電磁爐的EMI

1 引 言

在常見的家用電器中，電飯煲輻射極微弱，電視機(jī)和電腦的輻射情況差不多。電磁爐的輻射量最大，連民眾關(guān)注的變電站輻射都僅為家用電磁爐的十分之一。有媒體報(bào)道稱電磁爐在其工作過程中會(huì)產(chǎn)生極低頻電場與磁場，世界衛(wèi)生組織把極低頻電磁場作為可疑致癌物，與苯烯、電焊煙霧同屬一類致癌物。因此，有關(guān)降低電磁爐輻射場強(qiáng)、如何減少電磁爐EMI的問題，似乎顯得迫在眉睫。

電磁爐是采用磁場感應(yīng)渦流加熱原理，利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁場內(nèi)之磁力通過含鐵質(zhì)鍋底部時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使鍋體本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱鍋內(nèi)食物。電磁爐對(duì)周圍設(shè)備的干擾形式主要有3種：傳導(dǎo)干擾；空間輻射干擾；電磁爐工作時(shí)產(chǎn)生的電磁波，不能完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的鐵質(zhì)鍋所吸收會(huì)泄露，對(duì)人體健康和其他電子設(shè)備都是有害的。由于時(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件有限，本文中實(shí)驗(yàn)所采用的濾波器主要解決電磁爐的傳導(dǎo)干擾。

2 實(shí)驗(yàn)電路原理圖及參數(shù)選取

實(shí)驗(yàn)所用電路原理圖如圖2所示。

電感L1，L2有效地抑制了相線一中線上的差模干擾，并聯(lián)電容Cx1，Cx2旁路差模干擾電流。

La和CY1，Lb和CY2構(gòu)成兩對(duì)低通濾波器，分別用來抑制相線-地線，中線-地線上存在的共模干擾信號(hào)。

La，Lb是繞在同一鐵氧體磁環(huán)上的兩只獨(dú)立線圈，他們所繞圈數(shù)相同，線圈繞向相反，致使濾波器接入電路后，兩只線圈內(nèi)電流產(chǎn)生的磁通在磁環(huán)內(nèi)相互抵消，不會(huì)使磁環(huán)達(dá)到磁飽和狀態(tài)，從而使兩只線圈La和Lb的電感量值保持不變。但由于種種原因，La和Lb的電感量不可能完全相等。于是La和Lb之差稱為差模電感。他和Cx3組成的低通濾波器，可以用來抑制相線-中線之間存在的差模干擾信號(hào)。

瞬態(tài)抑制器D1，D2可以用來有效地抑制瞬態(tài)脈沖。

根據(jù)圖2制作的硬件電路成本低、體積小、實(shí)用性強(qiáng)。設(shè)計(jì)制作過程中應(yīng)注意電路板的走線要足夠粗，否則很容易在通電后熔斷；線路板上的元器件要盡量按原理圖上的順序并排放置，走線不要迂回。規(guī)范電路板的制作可以使實(shí)驗(yàn)達(dá)到更好的效果。

3 測試買驗(yàn)過程及結(jié)論

測試過程中為了安全起見，在電源和濾波器之間串接一個(gè)電流互感器。電流互感器的工作原理和變壓器相似，可以將大電流變成小電流。電流互感器的二次線圈輸出端接一個(gè)負(fù)載電阻，用來接示波器的輸入端口。

本次測試實(shí)驗(yàn)使用的外部設(shè)備是格蘭仕品牌電磁爐，可以工作在6種不同功率下：300 W，900 W，1100 W，1 300 W，1 500 W，1 800 W。

測試實(shí)驗(yàn)使用TDS3000系列示波器進(jìn)行波形頻譜圖的觀察。在電磁兼容技術(shù)中，更多地使用頻域分析方法，在做電磁兼容分析時(shí)，由于所有的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)發(fā)射的限制值都是在頻域中規(guī)定的，為了便于與標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)，采用頻域分析，而且電磁兼容問題的分析側(cè)重于干擾在特定頻率上的能量分布，對(duì)時(shí)間、相位等關(guān)注很少。因此，本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)電磁爐工作在900 W和1 800 W，接濾波器時(shí)和不接濾波器時(shí)的輸出頻譜圖進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。

電磁爐工作在900 W，不接濾波器時(shí)，輸出波形的頻譜圖如圖3所示：

在頻域分析時(shí)，橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)頻率軸，縱坐標(biāo)的分貝數(shù)對(duì)應(yīng)輸出電壓幅值。

電磁爐工作在900 W，接濾波器時(shí)，輸出波形的頻譜圖如圖4所示：

由記錄的頻譜圖數(shù)據(jù)分析可知，接濾波器后，在40～100 MHz赫茲處出現(xiàn)的干擾明顯減弱。

電磁爐工作在1 800 W，不接濾波器時(shí)，輸出波形的頻譜圖如圖5所示：

電磁爐工作在1 800 W。接濾波器后，輸出波形的頻譜圖如圖6所示：

隨著電磁環(huán)境的日益惡化，電磁爐的電磁干擾問題引起人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。本文提出的減少電磁爐EMI的方法是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，硬件

電路實(shí)現(xiàn)簡單，成本低，效果明顯。

由于實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間的關(guān)系，只對(duì)電磁爐的情況進(jìn)行了具體的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)圖象記錄。實(shí)際上，這種方法不僅能簡單有效地改善電磁爐的電磁干擾，還能有效地改善其他干擾較為嚴(yán)重的家用電子、電器設(shè)備，具有廣泛的適用性。