觸摸屏在家用電器中電磁兼容性的若干問題

奚邦籽

（深圳市華鼎星科技有限公司，廣東深圳 518000）

隨著近現代科技和工業水平的快速發展，使制造業的現代化和智能化程度得到了大幅提升，電子化和電氣化設備在各個領域得到了十分廣泛的應用。其中家用電器是人們日常生活中應用十分普遍和頻繁接觸的電子化和電氣化設備。家用電器在有效改善人們生活質量的同時，受電磁環境影響變得越來越復雜。因此，家用電器的電磁兼容問題逐漸顯現出來，基于此，文章對家用電器的電磁兼容性相關問題進行闡述和探討。

1 家用電器的電磁兼容特性

電磁兼容性，主要是指電子產品和電器能夠在規定的電磁環境下穩定工作，并且在該環境下不會對其他產品帶來不可承受的電磁干擾。如圖1所示：電磁兼容特性有兩個要求：①要求產品能承受電磁干擾；②產品實際運行時，對周圍環境的電磁干擾應控制在規定的范圍內。

圖1 電磁兼容性

眾所周知，家用電器工作在不同的電子產品和電器所造成的電磁干擾環境中。對于電磁場在家庭環境中的分布，其并不是真正純凈的。在日常生活中，很多家用電器在實際操作過程中都會產生電磁波，頻率和波長不同，容易造成電磁污染和電磁干擾。家用電器主要有電視機、電冰箱、電熱毯、空調、洗衣機等。這些電器在實際運行過程中進行重復動作，使感應電路的能量反復變換，讓電磁場長時間處于混亂狀態。這些都有可能影響電器的安全運行，降低其運行的穩定性和安全性，甚至危及人們的健康。

因此，在評估家電的使用安全時，不僅要考慮家電本身的電磁抗干擾能力，還要考慮家電本身對周圍環境的干擾。電磁兼容是指電子設備在運行過程中不相互干擾的電氣性能指標，即電子設備本身應保持正常的工作狀態，不干擾周圍設備的工作。然而，在工作過程中，電子設備之間總是存在著各種各樣的干擾。

每一個電子產品都有一定程度的電磁干擾，所以實際上，人們周圍充滿了復雜的電磁干擾波。家用電器可以分為3個網絡部分：內聯網、外聯網和家用電器網關。內聯網的主要功能是通過家用電器的無線傳感器實現家用電器的互聯互通；外聯網采用以太網實現對家用電器的遠程控制；智能家電網關負責內聯網和外聯網相連，實現內外網之間的信息傳輸。家用電器利用藍牙、WiFi、ZigBee、zwave 等無線技術，遠程控制家用電器產品。家用電器在工作時，其通信模塊不可避免地會產生電磁輻射和電磁干擾，由于家用電器產品良莠不齊，電磁兼容的安全性值得重視。

2 我國家用電器電磁兼容性的現狀

我國電磁兼容性測試以及標準化工作最早出現在20世紀60年代，曾經出臺一些與家用電器產品要求相符的電磁兼容性國家標準，先后成立“全國無線電干擾標準化委員會”和“全國家用電器、電動工具、照明設備及類似電器無線電干擾標準化分技術委員會”，至今已經制定的相關國家標準超過40項。然而，由于標準的執行力度不夠，強制執行尚未實施，我國家電行業電磁兼容水平持續下降。根據家用電器質量檢測監測中心無線電干擾實驗室的檢測結果，合格率很低。針對世界范圍內日益嚴峻的家電電磁兼容形勢，1966年，國家技術監督局在天津、廣州、上海召開了家電電磁兼容大會，強調目前需要不斷加強電磁兼容強制性國家標準的推廣和宣傳，特別是在家用電器行業和電動工具行業。有必要積極開展這項工作，使企業重視提高產品的電磁兼容性能，從電路和部件的設計上發展電磁兼容的概念，從根本上實現安全的統籌考慮。

3 觸摸屏在家用電器中電磁兼容性介紹

一般來說，在家電的電磁兼容方面，觸摸屏結合電磁干擾和抗干擾可分為各種類型，主要體現在以下幾個方面。

（1）利用裝有換向器的電動機，如電動工具、吸塵器、食品加工機、以及滾筒式縫紉機等，在實際工作過程中，由于電刷在換向器上面進行滑動而出現電弧以及換向火花，讓電網產生不間斷的脈沖振蕩，而且空間通過電磁波方法來傳播，進而干擾無線電通信。另外，電刷換向產生的高頻電壓借助電機導致電源線受到污染，電視上出現雪花，圖像不清晰，電腦顯示出現故障。

（2）啟動時可能降低電網電能質量的家用電器，如制冷電器、清潔電器等。前者主要包括冰箱和空調。后者主要包括干衣機、吸塵器等。這些都是感性負載器具，在啟動時由于需要較大地啟動電流而讓電網電壓會迅速降低。而變頻調速設備也容易產生大量的電力諧波。

（3）裝有觸點開關的家用電器，如電熨斗、冰箱、洗衣機等，在開關時，觸點之間容易放電火花，產生高頻電磁噪聲。

（4）安裝可控硅的家用電器，如電子調光燈、電風扇、吸塵器等，會產生高頻諧波和電磁干擾。

（5）對于帶有微處理器的家用電器，比如，模糊控制建器具以及電腦控制洗衣機等，由于微處理器會放電靜電，采用高、低電平脈沖信號，容易產生電壓下降或浪涌電壓，從而造成電磁干擾。

（6）通常有很多家用電器會發出電磁輻射，如視聽設備、電磁爐、手機等，電磁輻射不僅產生電磁干擾，而且直接危害人們的健康。

4 觸摸屏在家用電器中電磁干擾的成因

目前，家用電器設備的類型已經變得非常多樣化，家用電器設備的電磁干擾主要來自以下幾個方面。

（1）冰箱、空調等具有制冷功能的家用電器的制冷系統在啟動時，會引起電壓波動和電磁干擾。

（2）電飯煲、電烤箱、電飯煲、電熨斗、吹風機、吸塵器等家用電器的電機執行開關動作時，由于電路的通斷會產生火花，而產生的火花接觸換向器時會產生電磁波和電磁干擾。

（3）裝有晶閘管電子元件的電風扇等家用電器在工作時，晶閘管電子元件會產生高次諧波，形成電磁干擾；電腦等配置有微處理器、模糊控制器和遙控裝置的家用電器由于靜電放電和電壓跌落等現象的存在會形成電磁波和電磁干擾。

目前，大量的家電被用于人們的日常生活中，智能家電正在興起。家用電器的電磁干擾問題已經廣泛存在。為了保證家電的正常性能，創造良好的空間電磁環境，有必要加強對家電電磁兼容性的研究，提高家電的質量。

5 觸摸屏在家用電器中電磁兼容性檢測項目

根據國際電工委員會（IEC）發布的IEC 61000-6-1和IEC 61000-6-3標準，家用電器產品的電磁兼容性主要通過四個項目進行測試。

5.1 輻射騷擾

輻射騷擾技術示意如圖2所示，輻射騷擾主要測試電子電氣設備和系統在正常運行過程中對外界的輻射騷擾強度，包括電路板、電源模塊、射頻模塊、電纜等元器件的輻射騷擾。通過測量值與限值的比較，判斷產品的輻射騷擾是否合格。若測量值低于極限值為合格，否則視為不合格。輻射騷擾是電磁兼容性經常超標的區域，也是最復雜的測試項目。輻射騷擾檢測的經驗小于電壓測量，而且對被測樣品的導體、電纜和現場環境的影響，以及輻射騷擾的檢測方法有待改進。磁場分量通常在30 MHz 內檢測到。采用遠場測量天線法測量磁場，只要檢測到水平方向，用環形天線系統測量磁場時，需要對被測樣品的三個軸向面進行檢測。輻射騷擾是通過空間電磁波傳播到環境中，對其他設備產生干擾。一旦輻射騷擾幅度超過一定水平，就會干擾周圍其他家用電器的正常工作，降低智能設備和系統的性能，甚至影響人體健康。

圖2 設備的敏感性試驗

5.2 傳導騷擾

傳導騷擾是指設備內的電壓、電流通過電纜傳輸，成為其他設備干擾源的電磁干擾，有電源線的設備基本都要進行擾動檢測。通過實驗實測值與標準限值的比較，判斷產品是否合格。如果測量值低于極限值，則為合格，否則視為不合格，這樣才能保證其他設備正常工作通過實驗實測值與標準限值的比較，判斷產品是否合格。若測量值低于限制值為合格，否則視為不合格，以保證公共電網上其他工作設備不受干擾。傳導騷擾的測量方法有兩種。

（1）CISPRS 普遍采用的測量電壓方法。

（2）家用電器越來越智能化，使用的通信控制模塊也越來越多，靜電放電問題也越來越突出。防靜電放電能力體現了家用電器的防靜電抗干擾能力，對設備的正常工作和人身財產安全具有重要意義。

5.3 浪涌抗擾度

浪涌抗擾度用于檢測電氣電子設備在正常工作狀態下，對開關和雷電產生的某些危險浪涌（沖擊）電壓的抗干擾能力。10/700 μs 浪涌信號發生器用于室外對稱通信端口，1.2/50用于8/0 μs 浪涌信號發生器。在檢測過程中，將被測設備置于典型工作條件下，依次對每個端口施加脈沖電壓。同時，每個端口應進行正、負脈沖試驗。兩個脈沖之間的間隔不得小于60 s。對電源端口進行電涌檢測時，交流電壓從0°開始，每隔90°打一次脈沖。電涌抗擾度測試可以反映家用電器在電涌（沖擊）下的性能。采用統一的測試規范對家用電器設備的抗浪涌能力進行評估。

6 觸摸屏在家用電器中電磁兼容性的保證策略

為了保證家電的電磁兼容性，通常采用三種抑制干擾的策略：良好的接地、科學地屏蔽和合理的濾波。這些策略能夠抑制干擾源的干擾，減少或有效消除干擾的耦合，增強其在敏感電路中的抗干擾能力。

6.1 良好的接地

完善的接地系統可以為干擾脈沖的侵入創造接地通道，降低干擾源的影響。接地系統不僅包括產品的電氣安全保護接地，還涉及混合接地、浮地以及多點接地等，結合產品特點，可采用分離法或混合法。每個接地點的線路，都盡可能控制在最短，而且要將阻抗控制在最小化。

6.2 科學的屏蔽

屏蔽通常用于切斷輻射干擾在空間中的傳播通道。具有強導磁性和強指向性的屏蔽材料主要用于封閉各種可能引起空間輻射干擾的電氣元件，使屏蔽材料能夠反射、吸收和傳導電磁能。目前常用的屏蔽方式有電磁屏蔽和電場屏蔽兩種。此外，屏蔽層必須良好接地。

6.3 合理的過濾

濾波常用來抑制沿電源傳輸的傳導干擾，主要采用濾波。常用的濾波器有很多，最常見的有電感器和電感器。其中，電感線圈主要出現在電源的輸入端，可以限制高頻電壓、雷擊浪涌電壓和瞬時脈沖干擾的通過；濾波電容主要用于電感電路的觸點開關和觸點開關之間。一個小容量的電容器并聯在開關或觸點之間，當電路斷開時，為存儲的電感能量創造一個釋放路徑。在應用過程中，一般都是將電容器與電感線圈共同使用。同時，還可以將穿心電容以及磁珠等作為濾波器。

7 結束語

衡量家用電器成功與否，不僅要看家用電器的“智能化”，更要看產品的標準化、規范化。目前，我國家用電器正處于爆發式增長期，產品幾千上萬種，小到三五人的公司，大到上千人的跨國企業，均涉足到智能家居產品，于是出現了幾百個不能互相兼容的標準，各種企業的產品性能、規格各異，消費者權益難以保障，市場監管困難。因此，當務之急是深入研究家用電器的電磁兼容性，制定家用電器標準，提高家用電器的電磁兼容性，保障家用電器健康有序發展。