一种空气炸锅传导发射的优化设计

梁三林 邵 航

（杭州九阳小家电有限公司 杭州 310000）

引言

随着生活水平的提高，人们对食物烹饪便捷性、健康性要求更高，空气炸锅作为传统油炸锅的替代品及烤箱部分功能的补充品在市场上受到消费者的青睐，在去年小家电市场销售火爆的情况下，国内空气炸锅的销量在2月份增加659 %[1]，出口海外的产品数量也增长迅猛。由于空气炸锅需要对马达进行调试，以满足不同的烹饪需求，导致在EMC（Electro-magnetic compatibility，电磁兼容）测试时很容易出现不合格的情况。空气炸锅EMC性能不合格主要体现在传导发射（Conducted Emission,CE）的测试中无法满足GB 4842-2013《工业、科学和医疗（ISM）射频设备骚扰特性限制和测试方法》的标准要求。本文通过分析空气炸锅的电气原理，定位干扰源，建立空气炸锅的EMC模型，优化电气原理，通过仿真增加干扰抑制电路，以较低的成本实现空气炸锅EMC性能的改善。

1 家电传导干扰测试介绍

家电产品在上市销售前必须取得所在销售地区的安全认证，EMC测试是产品安全认证中的一个测试项目。各国使用的家电EMC测试标准均是参考IEC的CISPR14系列制定 ，例如：欧盟使用的标准为EN 55014:2017系列，中国使用的标准为GB 4343:2018系列。

其中EMI对应的测试标准为CISPR 14-1:2016/EN 55014-1:2017/GB 4343.1:2018，其中传导干扰项是测定150 kHz～30 MHz频段家电设备对外界干扰的能量值。具体的判定标准如表1所示。

表1 传导干扰限值标准

2 产品传导干扰整改对比

本文实验产品空炸功能工作时电机有全速、半速工作两档，使用电机为罩极电机。硬件中使用双向可控硅控制通过斩波方式控制电机转速。产品部分工作原理如图1所示。

图1 产品部分工作原理

开发初期，在半速工作时测试传导干扰，在2 MHz以下QP值超标非常严重，最大超出标准17.19 dB。L线的测试结果如图2所示。本产品中为了实现半速功能，可控硅在交流电每个周期的57.6 °相位角开通，此时电机两端电压发生的突变，du/dt具有较大幅度的脉冲，结合测试结果可以看出产品存在共模干扰和差模干扰均超标。因此需要从抑制共模干扰和差模干扰两个方面入手。

图2 测试结果

2.1 整改方案1

在产品开发初期为控制成本，电路前端的Y电容和电路板上的接地线均为预留。增加以上预留部件CY3、CY4使用472，CX2从472变更为204，电路板增加地线与电源线地线连接，但测试后1 MHz以上有不合格。分析是共模干扰引起，又在电源线地线的进线端增加560 uH的铁氧体磁环，地线绕5圈。L和N线的传导测试都合格，最小裕量为5.06 dB，测试结果如图3所示。

图3 测试结果

该方案虽可通过测试，但PK值还是超过了限值，严格来说不是个好的方案。核算成本，需要增加4.5元。其中60 %是由于制造成本的增加引起，这是因为磁环部分的装配降低了生产效率，导致制造成本增加明显。

2.2 整改方案2

通过分析电路原理发现电机的N线直接与电源线的N线连接，在电机开通过程中产生的干扰直接传导到了电源线的N，因此修改电路原理及PCB，在马达回路前端增加8 mH的共模电感，将CX1和CX2的值调整为204，取消CY3和CY4及电路板地线，马达零线连接至滤波电路的后面，经测试裕量至少有10 dB，测试结果如图4所示。

图4 测试结果

该方案是硬件电路的变化，最终核算成本增加2元，成本比第一个方案下降55 %，且增加的成本主要是物料成本，装配成本增加小于10 %。

2.3 方案对比分析

方案1与方案2虽然都能通过测试，但方案2增加的成本比方案1少55 %，测试结果提升至少5 dB，最终选择方案2。通过方案对比得出以下几点传导干扰整改经验：

1）测试不合格时首先要定位干扰源，不能盲目增加滤波器件；

2）滤波器件的位置要靠近电源的输入口附近及信号的输入输出端；

3）电机工作过程中产生的干扰以共模干扰为主，电路中要增加共模电感，并匹配X电容的容值进行干扰的抑制；

4）整改方案不仅要考虑测试结果还要评估整改带来的成本变化，要在成本允许的条件下做到最好的结果；

5）相关的滤波器件尽可能的装配在PCB板上，尽量减少磁环的应用，主要因为磁环需要单独的固定，零部件的加工也复杂，对制造成本有很大影响。

3 结语

本文通过传导干扰整改方案的对比，分析了方案的优劣，总结了整改的经验，以便相关经验可以被借鉴以提高传导干扰整改的效率，最终研发出品质、成本均能满足市场要求的产品。