家用空调器的抗干扰
本文主要阐述家用空调器如何提高抗干扰能力，优化电磁兼容性设计和验证抗干扰设计。1 引言
随着科学技术的不断发展，通讯工具、家用电器、电动工具等现代电子设备日益普及，给人们带来便利的同时也加剧了电磁环境的恶化，各种电子设备相互干扰，严重时无法正常运行。处于电磁环境中的家用空调器同样不可避免，因此必须降低自身的电磁敏感性，提高抗干扰能力，保证其正常工作。笔者从事多年的家用空调器新产品开发工作，关于如何提高抗干扰能力，优化电磁兼容性设计和验证抗干扰设计，发表自己的浅见，供大家参考。
2 概述
2.1 电磁兼容性是指设备或系统在电磁环境中正常工作，并不对该环境中的任何事物构成产生不能承受的电磁骚扰的能力。而电磁骚扰是指任何可能引起装置、设备系统性能降低或者对生命、无生命物质产生损坏作用的电磁现象，电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降形成了电磁干扰，电磁环境中形成电磁干扰的条件有三个：
2.1.1 向外发射电磁干扰的源——噪声源；
2.1.2 传递电磁干扰的途径——噪声耦合和辐射；
2.1.3 承受电磁干扰的客体——受扰设备。
2.2 要保证家用空调器在特定的电磁环境中免受内外电磁干扰，必须在家用空调器的设计阶段采取有针对性的抑制措施。
2.2.1 抑制噪声源，直接消除干扰因素。
从家用空调器所处的环境，要抑制外部的噪声源不现实，但只有了解噪声源，才能采取有效措施，提高它的抗干扰能力。
噪声源的种类很多，对家用空调器而言，包括内部噪声和外部噪声。内部噪声指控制电路板、电磁四通阀、继电器等自身电器件产生的噪声，例如有：感应噪声、断裂噪声、尖峰噪声、振荡噪声等；外部噪声指从外部侵入到家用空调器的噪声，例如有：空中雷击噪声、开关电路、大功率控制电路在极短时间内产生电压和电流急速变化的场合、高频设备等产生的噪声。而噪声主要通过辐射、沿线传导产生。
2.2.2 消除噪声源和家用空调器的噪声耦合和辐射。
2.2.3 加强家用空调器的抗干扰能力设计，降低电磁敏感性。
以上三点的实现主要是通过优化控制电路板的设计，它是提高家用空调器抗干扰能力的关键所在。
3 控制电路板的硬件设计原则
作为单片机应用系统的控制电路板，它是电源线、信号线和元器件的高度集合体，它们在电气上相互影响，若设计不合理，会导致家用空调器无法正常运行，笔者认为以下方面的优化设计比较有效：
3.1 控制电路板的布线原则
3.1.1 根据电流的大小，尽量加宽导线。
3.1.2 控制电路板的印刷线不能突然转弯，线宽不得突变。
3.1.3 控制电路板的信号线长度尽量短。
3.1.4 为减少各类线间的相互干扰，功率线和交流线要同信号线分开布置，驱动线也要与信号线分开。
3.1.5 相邻控制电路板间不能有过长的平行线。
3.1.6 直流电路布线时尽量采用一点接地，否则会出现闭合的接地环路，当低频或脉冲磁场穿过该闭合环路将产生电磁感应噪声，于是不同接地点间会出现电位差，形成干扰，为实现一点接地可采用放射式接地线路。
3.2 控制电路板的尺寸和元器件布置原则
3.2.1 印刷电路板的尺寸要适中，尺寸过长，导线加长，抗干扰能力下降；尺寸过小，相邻导线和元件间的距离会变小，抗干扰能力下降。
3.2.2 开关元器件和整流元器件尽可能靠近变压器放置，以使其减少导线长度。
3.2.3 布置晶振时应注意：晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。
3.2.4 控制电路板合理分区，尽可能把干扰源（如继电器）与敏感元件（如单片机）远离。强电元器件和弱电元器件分区布置，并且强、弱电导线的爬电距离大于等于8mm，不同极性强电导线间的爬电距离大于等于4mm，并通过布线和元器件的选用满足布线的距离要求。
3.2.6 对于单片机闲置的I/O口，不能悬空，要接地或接电源；其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。
3.2.7 对单片机使用电源监控及看门狗电路，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。
3.3 若家用空调器的室内机和室外机控制电路板均有单片机控制，则室内、外机的连线所传输的信号尽量使用低频，并提高低输电压。必要时，可增加瓷环穿过通讯线（各种不同类型的通讯线，具体由试验状态待定）。
3.4 增强抗干扰电路的设计
随着电子产品的大量广泛使用，各种脉冲性质的电磁干扰、电源干扰成为占据统治地位的干扰，控制电路板的设计应降低各种干扰的敏感性，保护电子线路尽量降低干扰的影响，保证正常工作。
3.4.1 压敏电阻
在电源线（L线、N线）间并接一个压敏电阻，能防止电源电压瞬时过高，损坏或干扰控制电路板运行。压敏电阻对瞬时电压的吸收作用是通过嵌位方式来实现的，当施加在压敏电阻两端的电压低于标准电压时，它的电阻值无穷大，反之则急剧下降，最终体现在对线路有害的能量被其吸收，这部分能量被转化热能，从而保护了控制电路板。
实际应用中，压敏电阻的L线上串接一个熔断器，以更有效的保护控制电路板。
3.4.2 继电器是家用空调器常用的电器件，触点断开时产生电弧干扰，触点接通时由于它的弹跳现象形成脉冲干扰，必要时可采用RC吸收电路抑制该干扰。
3.4.3 滤波器
使用滤波器，切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同完善电磁干扰防护，无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗干扰能力，都可以采用滤波技术。滤波器由电阻、电容、电感等电器件组成的选择性网络，作为电路中的传输网络，它可有选择地衰减信号中不需要的频率成分，完成滤波作用。按下图连接，由L、C组成的滤波器既可衰减电源线间的常模噪声，亦可利用电感的高频抑制作用来抑制高频噪声电流。
3.4.4 安全隔离变压器
家用空调器的控制电路板配用的都是安全隔离变压器，它解决了输入和输出的电隔离，从而解决了两者的共地问题，对共模干扰有一定的抑制作用。同时，为抑制电压暂降和短时中断的干扰，建议变压器的设计功率为其满载工作功率的1.25倍以上。
3.4.5 减少电源噪声对单片机的干扰
充分考虑电源对单片机的影响，电源做得好，整个电路的抗干扰问题就解决了一大半。大部分单片机对电源噪声很敏感，给单片机电源加滤波电路和稳压器，可减小电源噪声对单片机的干扰。
建议电源稳压块7805的输入和地之间并接2200uF/35V的电解电容和0.1uF的瓷片电容，输入和地之间并接100uF/16V的电解电容和0.1uF的瓷片电容，该电路设计可减少电源噪声，同时大大提高了抗电压暂降和短时中断的干扰能力。
3.4.6 在数字电路中，开关工作会形成很大的动态电流，在电源线的分布电阻、电感上形成噪声电压，影响电路的正常工作。
以LED动态驱动电路的噪声抑制为例子，若电源供电设计上没有采取足够的抑制措施，则会因其动态电流过大而产生误动作，因此必须串接滤波器切断噪声的传导途径。在电源输入端串入高频扼流圈（10uH）和大容量的滤波电容（1000uF）可消除误动作。
3.1 控制电路板的布线原则
3.1.1 根据电流的大小，尽量加宽导线。
3.1.2 控制电路板的印刷线不能突然转弯，线宽不得突变。
3.1.3 控制电路板的信号线长度尽量短。
3.1.4 为减少各类线间的相互干扰，功率线和交流线要同信号线分开布置，驱动线也要与信号线分开。
3.1.5 相邻控制电路板间不能有过长的平行线。
3.1.6 直流电路布线时尽量采用一点接地，否则会出现闭合的接地环路，当低频或脉冲磁场穿过该闭合环路将产生电磁感应噪声，于是不同接地点间会出现电位差，形成干扰，为实现一点接地可采用放射式接地线路。
3.2 控制电路板的尺寸和元器件布置原则
3.2.1 印刷电路板的尺寸要适中，尺寸过长，导线加长，抗干扰能力下降；尺寸过小，相邻导线和元件间的距离会变小，抗干扰能力下降。
3.2.2 开关元器件和整流元器件尽可能靠近变压器放置，以使其减少导线长度。
3.2.3 布置晶振时应注意：晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。
3.2.4 控制电路板合理分区，尽可能把干扰源（如继电器）与敏感元件（如单片机）远离。强电元器件和弱电元器件分区布置，并且强、弱电导线的爬电距离大于等于8mm，不同极性强电导线间的爬电距离大于等于4mm，并通过布线和元器件的选用满足布线的距离要求。
3.2.5 控制板的电源进线、单片机的电源引脚（Vcc）到地、单片机的复位端（RESET）到地增加去耦电容，提高控制电路板工作的可靠性。
3.2.6 对于单片机闲置的I/O口，不能悬空，要接地或接电源；其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。
3.2.7 对单片机使用电源监控及看门狗电路，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。
3.3 若家用空调器的室内机和室外机控制电路板均有单片机控制，则室内、外机的连线所传输的信号尽量使用低频，并提高低输电压。必要时，可增加瓷环穿过通讯线（各种不同类型的通讯线，具体由试验状态待定）。
3.4 增强抗干扰电路的设计
随着电子产品的大量广泛使用，各种脉冲性质的电磁干扰、电源干扰成为占据统治地位的干扰，控制电路板的设计应降低各种干扰的敏感性，保护电子线路尽量降低干扰的影响，保证正常工作。
3.4.1 压敏电阻
在电源线（L线、N线）间并接一个压敏电阻，能防止电源电压瞬时过高，损坏或干扰控制电路板运行。压敏电阻对瞬时电压的吸收作用是通过嵌位方式来实现的，当施加在压敏电阻两端的电压低于标准电压时，它的电阻值无穷大，反之则急剧下降，最终体现在对线路有害的能量被其吸收，这部分能量被转化热能，从而保护了控制电路板。
为取得满意的干扰抑制效果，压敏电阻的引线应剪得越短越好，否则吸收能量不干净。压敏电阻中含氧化锌、铋、钴、锰和其它金属氧化物，它吸收的能量额定值取决于电压和电流两方面，与压敏电阻的体积成正比。一般电路中可按使用电压的1.2~1.4倍峰值电压选择标称电压。
实际应用中，压敏电阻的L线上串接一个熔断器，以更有效的保护控制电路板。
3.4.2 继电器是家用空调器常用的电器件，触点断开时产生电弧干扰，触点接通时由于它的弹跳现象形成脉冲干扰，必要时可采用RC吸收电路抑制该干扰。
3.4.3 滤波器
使用滤波器，切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同完善电磁干扰防护，无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗干扰能力，都可以采用滤波技术。滤波器由电阻、电容、电感等电器件组成的选择性网络，作为电路中的传输网络，它可有选择地衰减信号中不需要的频率成分，完成滤波作用。按下图连接，由L、C组成的滤波器既可衰减电源线间的常模噪声，亦可利用电感的高频抑制作用来抑制高频噪声电流。
3.4.4 安全隔离变压器
家用空调器的控制电路板配用的都是安全隔离变压器，它解决了输入和输出的电隔离，从而解决了两者的共地问题，对共模干扰有一定的抑制作用。同时，为抑制电压暂降和短时中断的干扰，建议变压器的设计功率为其满载工作功率的1.25倍以上。
3.4.5 减少电源噪声对单片机的干扰
充分考虑电源对单片机的影响，电源做得好，整个电路的抗干扰问题就解决了一大半。大部分单片机对电源噪声很敏感，给单片机电源加滤波电路和稳压器，可减小电源噪声对单片机的干扰。
建议电源稳压块7805的输入和地之间并接2200uF/35V的电解电容和0.1uF的瓷片电容，输入和地之间并接100uF/16V的电解电容和0.1uF的瓷片电容，该电路设计可减少电源噪声，同时大大提高了抗电压暂降和短时中断的干扰能力。
3.4.6 在数字电路中，开关工作会形成很大的动态电流，在电源线的分布电阻、电感上形成噪声电压，影响电路的正常工作。
以LED动态驱动电路的噪声抑制为例子，若电源供电设计上没有采取足够的抑制措施，则会因其动态电流过大而产生误动作，因此必须串接滤波器切断噪声的传导途径。在电源输入端串入高频扼流圈（10uH）和大容量的滤波电容（1000uF）可消除误动作。
上述论述的只是控制电路板硬件抗干扰的一部分，二极管、光电耦合器等也常用于控制板的抗干扰，同时元件的优化选用也很重要。
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