浅述按摩椅电机系统的电磁干扰抑制和防护

周鑫奇 李明河

摘 要 电磁干扰会对信号的传输以及设备的稳定运行带来不利影响。本文对按摩椅电机控制系统的电磁干扰机理展开分析，给出了几种抑制和防护电磁干扰的措施，按摩椅电机上的干扰源主要是电机的起停、换向对按摩椅控制系统的电磁干扰，为了降低对单片机控制系统的辐射干扰，采用硬件屏蔽的措施，并且为了削弱孔缝耦合的干扰，对屏蔽机箱进行孔缝处理。对单片机控制系统的传导干扰需要采用合理布线以及滤波的方法改善这些干扰，虽然不能从根本上解决这些不同的干扰，但是可以在最大程度上削弱这些干扰。

关键词 按摩椅;电磁干扰;抑制

Abstract Electromagnetic interference will adversely affect the transmission of signals and the stable operation of equipment. This paper analyzes the electromagnetic interference mechanism of the massage chair motor control system， and gives several measures to restrain and protect the electromagnetic interference. The main interference source of the massage chair motor is the electromagnetic interference of the motor starting and stopping and reversing to the massage chair control system. The conduction interference of MCU control system needs to be improved by means of reasonable wiring and filtering. Although these different interferences cannot be solved fundamentally， they can be weakened to the greatest extent.

Keywords Massage armchair;Electromagnetic interference;Restrain

引言

电磁干扰是电子设备中的常见现象，它常发生在设备启停阶段，这严重扰乱控制系统运行，甚至导致系统崩溃。按摩椅电机执行各种起、停以及换向等动作尤为频繁，在执行这些动作时，随着电流瞬间的变化，将在按摩椅电机绕组上激起很大的感生电动势，这种感生电动势会对按摩椅的电子线路和电子元器件产生不利影响，从而对按摩椅的控制系统造成干扰。因此，电磁干扰将显著影响按摩椅的控制系统运行，导致按摩椅误动作、死机、重启或者电机堵转等，从而影响按摩椅的正常使用。

1硬件屏蔽分析

屏蔽大多说的是电磁，磁场和电场方面的概念。这其中，磁场屏蔽要复杂得多，由于磁场屏蔽的运行原理和干扰源的磁场频率有关。电场屏蔽时，屏蔽体的电导率一般偏高，在其连接到地的过程中，流失掉一部分的感应电荷，便能够使电场限于屏蔽箱体的外表面。对于电磁兼容的研究设计，我们选择屏蔽体材料是导电材料才可以，而且适用于高频场所。在日常生活中金属性网状制品比较实用在透风的地方，因此从机械强度、资本、屏蔽要求、实用场所等几方面进行比较，我们挑选体表附加导体涂镀层的穿孔金属平面制板来作为屏蔽体的制作材料，而且外体接地[1]。

硬件屏蔽是一种硬件防护，广泛地运用在各大重点设施上。屏蔽体能够在空间上把电气设备、电子系统与相应的辐射干扰隔离，一些敏感电子系统周围的辐射干扰可以明显得到改善。图一为屏蔽原理图：

可用如下公式来表示屏蔽效能：

其中：A是吸收损耗;SE是屏蔽效能;B是多次反射损耗;K是反射损耗。这里的屏蔽效能是反映屏蔽能力的，它和屏蔽箱体表面上的间隙形態及个数、相关介质性状、相关频率、屏蔽箱体的构造，并且还和到干扰源的距离有关系。如图二可知，箱体屏蔽后，未完成孔洞和间隙处理可以明显看出系统周围散发着干扰，低频和高频部分的干扰都较大。而图三是在箱体屏蔽后，完成了孔洞和间隙处理，明显看出完成孔洞和间隙处理后，已经将系统周围的干扰屏蔽待尽。可想而知，机箱屏蔽并且做孔缝处理的重要性，经过屏蔽设计后，辐射对单片机控制系统的干扰将大幅降低[2]。

2传导干扰分析

传导干扰主要通过电路连线或元件的共地进行传输，难以进行有效抑制，下面主要分析传导干扰对按摩椅DSP控制系统的影响。电机正常运行时，绕组极性为左正右负，杂散电容电压为上正下负，假定在某一时刻，继电器断开，如图4所示：

由于电感上电压不连续，因而电感电压倒置，成为左负右正，该瞬时电压将以幅值为-2V的电压波的形式自右向左传播，杂散电容电压由于不能突变，为上正下负，相当于一个幅值为-2V的电压波自右向左传播，所到之处电压均为-2V，如图五所示的传输线模型[3]。

当该电压波传输至继电器断点时，将发生全发射，由于电源仍保持正的电压，因此相当于-6V的电压波自左向右传输，如图六所示的传输线模型：

按摩椅直流电机工作电压为24V，由于行波的反射，瞬间扰动的电压将高达一百多伏，远超单片机的工作电压和各端口正常的输入、输出电压。图七是电机启停时测得的电机端驱动的电压波形放大图，从图七可以看出，在电机启停时，产生一个滞后的瞬间高压脉冲，这个脉冲干扰是电机控制系统干扰的主要来源[4-6]。

3电磁干扰防护措施

为了有效减少传导干扰，电气隔离是一个比较可靠的方法。对于从控制系统 I/O 端口串入的干扰，在设计电路时采用光电耦合形式的电气隔离。其次，可以通过在光耦输入端并联快恢复二极管与 RC 构成的抑制反峰电路网络对干扰进行抑制，同时，在电机端子连线上串入磁珠对传导干扰进行抑制。对于来自电网的干扰，可以用电源线滤波器将干扰信号减小。在電源输入电源线上串接共模扼流圈，在输出端并联多个大小为0.1uF的小电容，进行电源线滤波，抑制共模干扰。在系统中加入文中所述的硬件防护抗干扰措施后，对控制芯片主板的 I/O 端口电压进行测量，如图八所示。可见干扰脉冲的幅值明显减小，且干扰持续时间大幅减少，由干扰脉冲获得了有效抑制，同时控制系统未出现死机现象[7]。

4结束语

本文对按摩椅电机控制系统的电磁干扰机理展开分析，给出了几种抑制和防护电磁干扰的措施，分析了按摩椅上电机的电磁干扰对按摩椅的危害，建立了按摩椅电机干扰源的传输线模型，认为电机在启停与换向时将产生瞬间高压电磁脉冲，在时域与频域里分析测试波形，证实了电磁脉冲干扰的存在。最后，从硬件方面提出了抗干扰措施，通过对控制芯片端口波形的测量，验证了抗干扰措施的可行性。

参考文献

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[2] 汪东艳.电力电子装置电磁兼容的研究进展[J].电工技术学报，2010（1）：47-51，75.

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[5] 汪泉弟，秦传明，郑亚利，等.低压永磁直流电机的传导电磁干扰模型[J].电机与控制学报，2011，15（1）：55-59，67.

[6] 唐志国，蒋佟佟，叶会生，等.变电站局放检测中的电磁干扰统计特性[J].高电压技术，2017，43（9）：2998-3005.

[7] 刘鹏程，邱扬.电磁兼容原理及技术[M].北京：高等教育出版社，1993：78-103.

作者简介

周鑫奇（1990-），男;安徽工业大学电气与信息工程学院在读，学历：硕士研究生，研究方向：电力变换技术。

李明河（1963-），女;职称：教授，现就职单位：安徽工业大学电气与信息工程学院，研究方向：复杂系统建模。