家用电器印制电路板辐射骚扰抑制问题探析

王玮

（北京文洲印刷机械有限公司，北京 101118）

0.引言

为了解决电子设备之间出现的互相干扰问题，国外部分地区和国家均已制定了电子设备电磁兼容性的相关进口标准并强制实行。在美国，联邦通讯委员会针对进口电子设备出台了相关的法律法规，严格规范了通信发射机、电视机、接收机等设备的生产和进口，这是以法律形式对出口相关设备的认可；而欧盟在20世纪80年代也强制执行了此类相关指令，规定契合标准的电子设备才能在欧盟市场上架，不遵循相关指令的人不仅会被责令收回所有设备，还会对其实施重罚[1]。在我国，相关主管部门虽然目前在产品质量监管体系上还未进一步完善，但在一些重要的电子产品设备上也都制定并强制执行了部分相关标准。尤其是在家用电器的管理上我国尤为重视，并反复强调家用电器产品的电池兼容性等问题，以便于生产者和使用者能够对其产生更多更深入的了解。

1.家用电器印制电路板辐射

1.1 辐射的定义及其分类

辐射是指能量在空间范围内的传播。在分类上，粒子辐射、电磁辐射是核辐射类型的两大类。粒子辐射是指原子核，粒子辐射不仅有能量，还存在静止质量；电磁辐射的实质是电磁波，与粒子辐射不同，它只有能量，不存在静止质量[2]。

在作用上，电离辐射和非电离辐射是核辐射作用区分的两大类。其中电离辐射是指原子被非常高的能量给辐射致使电离。一般情况下，原子带正电的主要原因是电离辐射将电子击出壳层使得电离。不计其数的原子可以形成一个细胞，辐射剂量率与被辐射活体的感应情况决定着这种辐射引发癌症的机率，中子辐射和13、Q、Y辐射都能将电离原子迅速提升至相当高的能量。正是由于细胞由原子构成，人体在电离作用下有很大概率引发癌症。电子、a粒子、质子等粒子辐射以及x射线、y射线等电磁辐射都属于电离辐射；而非电离辐射会影响原子或分子价层电子轨态或振动、旋转，不会电离物质[3]。近年来，学者开启了非电离辐射对细胞组织的影响探究课题，经过分析研究，可以发现不同的非电离辐射能作用出多种生物学反应。并且非电离辐射也与紫外线相关，非电离辐射也包括一些辐射物质均低于紫外线辐射的任意电磁辐射。

1.2 辐射对人体的影响

电离辐射在专业范畴中包含粒子辐射和高频段的电磁辐射。并且会对人体健康造成不可逆的伤害，它能通过扰乱人体组织的细胞内部的化学键，损伤人体体内的身体结构和生理功能。众所周知，人体有自我修复功能，在电离辐射上却无能为力。电离辐射有时会造成相当严重或触及太多组织与脏器的损伤，再强大的自愈能力也不可能完全修复这些问题[4]。并且，人体器官在自我修复的过程中很容易发生错误。肠胃上皮细胞和生成血细胞的骨髓细胞是人体内最脆弱的组织，也是最容易受到损害的地方。人体受辐射影响的时间长短以及电离辐射的强弱是其身体受损程度的主要因素。为了避免身体健康受到影响，使用者应该尽量远离和避免辐射程度大的电子设备。例如医院的CT、核泄漏等高强度辐射。相对于对人体伤害高的电离辐射来说，非电离辐射相对来说造成的不良影响更弱一些，但仍然不可轻易忽视。长期接触高强度的电磁波这类大量的非电离辐射也会危害身体健康，对人体的免疫系统、精神系统和生理系统等产生永久性的损伤。在实际生活中，我们最常接触到的平板、电视、电磁炉等家用电子设备产生的一些辐射都是非电离辐射的范畴。

2.电磁干扰及其产生的途径

电磁干扰的形成需要具备以下3个因素，分别是电磁干扰源、敏感设备和耦合通道。其中，电磁干扰源的设备元件和关联器械能够产生电磁干扰；敏感设备也能在电磁干扰中发生一些反应；而耦合通道则是一种能够将能量从干扰源耦合传送到敏感设备上的通道，最具代表性的设备有反应通路和各类媒介等。电磁干扰能有效降低设备装置的性能，在电力学上属于较为常见的电磁反应。

通过相关理论可知，一切电子设备在高速充电时都会或多或少地产生辐射，同理，在快速放电的过程中也会不可避免地产生一些辐射[5]。通过分析交变电磁场与电磁辐射源性质，可以将其分为具体的两个部分，首先是辐射源空间中电子场能量所产生的规律性流动，因其不向外进行辐射，所以被命名为感应场；其次是电磁场能量由于偏离了关联辐射体，只能以电磁波的形式向外辐射，所以被命名为辐射场。在一般情况下，电磁辐射场还包括远区场和近区场两部分，这是根据具体情况的不同而具体划分的。

3.家用电器印制电路板辐射骚扰

20世纪50年代，前苏联提出了电磁辐射的相关控制标准，20世纪70年代，美国出版一批标准性文件，是与高频电磁场可限制临界参数相关，此后，这项标准又在两国之间进行了修改和完善[6]。20世纪90年代，世界卫生组织（WHO）开设“国际电磁场计划”项目，吸收了一大批国家的相关机构共同研讨此计划，且集中起来探讨电磁场对于人体健康的影响，后来又颁布了重要文件《电磁场和公共健康：暴露于极低频场(Fact SheetNo.322)》[7]。除此之外，我国政府也对电磁辐射做出了一些管理，在生产中制定并严格限制了电磁辐射相关限值权限标准。我国国家环保局、卫生部和电子部自1988年以来共制定过18个关于此类问题的国家标准，其中还包括各行业标准和军用标准。现阶段，由国环总局制定并颁发的电磁辐射相关标准《GB 8702—1988：电场辐射防护规定》作为市场上通用的电磁辐射相关标准[8]，但在家用电子设备电磁辐射的标准领域，我国目前还未制定较严格的相关标准。

家用电子设备产生的辐射是非电离辐射范畴的一部分，相较于电离辐射，对活体生物的危害较小，但也不能忽略。无论是电冰箱、电视、洗衣机等大家电，还是手机、电风扇、电脑等小家电，内部都存在能释放电磁辐射的部件，因此这些电子设备所造成的辐射不可不重视。家电类型不同、工作原理不同、性质不同，其辐射所发生的强弱程度也不同。相较于人类能够远离的核辐射等高强度辐射，电子设备的低强度辐射则是一种生活中无法避免的辐射。科技时代的全面深入，致使人类的生活己经被电子设备所占满，电子设备为我们生活带来方便的同时，也带来了很多看不见的污染源，其中对人体造成直接损害的就是电磁辐射。尤其孕妇、胎儿以及儿童等特殊人群，免疫力较差，易受电磁辐射的影响。为了降低家用电器对人体产生的危害，各行各业都在研究此类技术，防辐射植物、防辐射屏幕等产品层出不穷，但效果甚微。对于这类家用电器的电磁辐射防治问题，专家遵循理性对待、科学预防原则，采用专业的测量仪器来测量，使其抽象概念变得量化，进而采取合适的方法抑制辐射[9]。

4.家用电器印制电路板辐射骚扰的解决方式

4.1 合理设计电流环路

合理设计电流环路，就要求在进行PCB布局的过程中，工作人员要提前规划好电流环路的作业方式，注意环路面积的调整和差膜辐射问题的控制，以便于缩小导线电路环路面积。在后续封装芯片时应选择小型芯片，无需安装座装载芯片，同时还应该拉近地面、电源平面和信号层之间的距离，在信号线两侧安放桥接电容的目的，尽量减少信号穿越地面与电源平面的次数[10]。在实际应用过程中，如果遇到信号必须穿过地面与电源平面的情况，可以采取其他方式将跨越线槽的两端分别安装低阻抗桥接电容，避免信号回流以及环路面积的增大。另外，在进行 PCB布局时，连接器作为信号传输的重要部分，其设计工作也非常关键。为了避免信号回流通过电容槽，增大导线电流环路面积，工作人员应明确设计EMI环节的要点，即是在连接器的端子设计中多增设地针[11]。

4.2 降低天线电流

在PCB布局的过程中，为了保证各导线铺设的位置具有合理性，以及电源有去耦且接地合理，需要清楚了解差模辐射，力求PCB差模辐射对线路造成的影响最小化[12]。同时，为消除差模辐射，还需要时刻注意互联背板和电缆的情况，两者之间背板所产生的辐射是影响差模辐射大小的主要原因。设计人员需要进行多组控制变量实验，进而明确导线电流大小和差模辐射之间的内在关联，尽量降低导线电流，利用缓冲器或低功耗芯片也能对导线电流起到一定的限流效果。

4.3 电缆进行去耦

要使共模电流能分流，最具有可操作性的方式就是去耦电容。但这种方式的工作效果容易受到驱动电路共模源阻抗的限制，因此还可以采取串联电缆、电感或电阻的方式减小电流。此外，为了尽最大程度降低电缆辐射的影响，屏蔽电缆这种方式也具有可操作性，具体操作方法如下：工作人员对没有受到电路噪声干扰的区域进行电缆的去耦工作[13]。

4.4 科学采取家用电器电磁辐射防护措施

4.4.1 避免同时使用多种电器产品

现阶段，专业领域虽然没有合适的科技方法完全杜绝家用电器的电磁辐射，但可以充分发挥主观能动性进行辐射的预防。在家用电器使用较多的情况下，避免将其集中摆放或集中通电。在实际使用中，也要注意避免多个电器同时使用，在减少安全隐患的同时削弱辐射所造成的危害。

4.4.2 减少电磁辐射载体的影响

为了从多个方面减少电磁辐射的影响，室内通风换气必不可少，这也是减少电磁波辐射的重要举措。开窗通风换气能有效保证室内的空气流动，尤其是在刚使用完家用电器后，一定要保证室内空气的流通；除此之外，保持室内整洁也有利于减少电磁辐射。灰尘是电磁辐射的主要载体，空气中含有大量灰尘就会导致电磁随着灰尘四处扩散，进而通过呼吸道危害人体健康。

4.4.3 注意日常饮食

预防电磁辐射，在日常生活中饮食的控制必不可少。尤其是对于抵抗力较差的妇女、儿童，在饮食搭配中，多食用一些新鲜的蔬菜和水果来补充人体内维生素含量，可以增强对疾病和电磁辐射的抵抗力，强化身体素质。

5.结语

为了满足当今居民生产、生活的更高层次需求，丰富人们的日常生活，家用电器已经成为每家每户必备的物品。但对于电子设备的使用有利有弊，它为人体带来的辐射也是永久性的。为解决以上所述问题，本文针对家用电器印制电路板辐射骚扰抑制问题进行了讨论，主要介绍了家用电器辐射问题的具体来源和解决措施，希望能够为相关工作人员起到一些参考作用，能够在接下来的工作中更有效地解决电子设备的辐射干扰问题。