淺述按摩椅電機系統的電磁干擾抑制和防護

周鑫奇 李明河

摘 要 電磁干擾會對信號的傳輸以及設備的穩定運行帶來不利影響。本文對按摩椅電機控制系統的電磁干擾機理展開分析，給出了幾種抑制和防護電磁干擾的措施，按摩椅電機上的干擾源主要是電機的起停、換向對按摩椅控制系統的電磁干擾，為了降低對單片機控制系統的輻射干擾，采用硬件屏蔽的措施，并且為了削弱孔縫耦合的干擾，對屏蔽機箱進行孔縫處理。對單片機控制系統的傳導干擾需要采用合理布線以及濾波的方法改善這些干擾，雖然不能從根本上解決這些不同的干擾，但是可以在最大程度上削弱這些干擾。

關鍵詞 按摩椅;電磁干擾;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

電磁干擾是電子設備中的常見現象，它常發生在設備啟停階段，這嚴重擾亂控制系統運行，甚至導致系統崩潰。按摩椅電機執行各種起、停以及換向等動作尤為頻繁，在執行這些動作時，隨著電流瞬間的變化，將在按摩椅電機繞組上激起很大的感生電動勢，這種感生電動勢會對按摩椅的電子線路和電子元器件產生不利影響，從而對按摩椅的控制系統造成干擾。因此，電磁干擾將顯著影響按摩椅的控制系統運行，導致按摩椅誤動作、死機、重啟或者電機堵轉等，從而影響按摩椅的正常使用。

1硬件屏蔽分析

屏蔽大多說的是電磁，磁場和電場方面的概念。這其中，磁場屏蔽要復雜得多，由于磁場屏蔽的運行原理和干擾源的磁場頻率有關。電場屏蔽時，屏蔽體的電導率一般偏高，在其連接到地的過程中，流失掉一部分的感應電荷，便能夠使電場限于屏蔽箱體的外表面。對于電磁兼容的研究設計，我們選擇屏蔽體材料是導電材料才可以，而且適用于高頻場所。在日常生活中金屬性網狀制品比較實用在透風的地方，因此從機械強度、資本、屏蔽要求、實用場所等幾方面進行比較，我們挑選體表附加導體涂鍍層的穿孔金屬平面制板來作為屏蔽體的制作材料，而且外體接地[1]。

硬件屏蔽是一種硬件防護，廣泛地運用在各大重點設施上。屏蔽體能夠在空間上把電氣設備、電子系統與相應的輻射干擾隔離，一些敏感電子系統周圍的輻射干擾可以明顯得到改善。圖一為屏蔽原理圖：

可用如下公式來表示屏蔽效能：

其中：A是吸收損耗;SE是屏蔽效能;B是多次反射損耗;K是反射損耗。這里的屏蔽效能是反映屏蔽能力的，它和屏蔽箱體表面上的間隙形態及個數、相關介質性狀、相關頻率、屏蔽箱體的構造，并且還和到干擾源的距離有關系。如圖二可知，箱體屏蔽后，未完成孔洞和間隙處理可以明顯看出系統周圍散發著干擾，低頻和高頻部分的干擾都較大。而圖三是在箱體屏蔽后，完成了孔洞和間隙處理，明顯看出完成孔洞和間隙處理后，已經將系統周圍的干擾屏蔽待盡。可想而知，機箱屏蔽并且做孔縫處理的重要性，經過屏蔽設計后，輻射對單片機控制系統的干擾將大幅降低[2]。

2傳導干擾分析

傳導干擾主要通過電路連線或元件的共地進行傳輸，難以進行有效抑制，下面主要分析傳導干擾對按摩椅DSP控制系統的影響。電機正常運行時，繞組極性為左正右負，雜散電容電壓為上正下負，假定在某一時刻，繼電器斷開，如圖4所示：

由于電感上電壓不連續，因而電感電壓倒置，成為左負右正，該瞬時電壓將以幅值為-2V的電壓波的形式自右向左傳播，雜散電容電壓由于不能突變，為上正下負，相當于一個幅值為-2V的電壓波自右向左傳播，所到之處電壓均為-2V，如圖五所示的傳輸線模型[3]。

當該電壓波傳輸至繼電器斷點時，將發生全發射，由于電源仍保持正的電壓，因此相當于-6V的電壓波自左向右傳輸，如圖六所示的傳輸線模型：

按摩椅直流電機工作電壓為24V，由于行波的反射，瞬間擾動的電壓將高達一百多伏，遠超單片機的工作電壓和各端口正常的輸入、輸出電壓。圖七是電機啟停時測得的電機端驅動的電壓波形放大圖，從圖七可以看出，在電機啟停時，產生一個滯后的瞬間高壓脈沖，這個脈沖干擾是電機控制系統干擾的主要來源[4-6]。

3電磁干擾防護措施

為了有效減少傳導干擾，電氣隔離是一個比較可靠的方法。對于從控制系統 I/O 端口串入的干擾，在設計電路時采用光電耦合形式的電氣隔離。其次，可以通過在光耦輸入端并聯快恢復二極管與 RC 構成的抑制反峰電路網絡對干擾進行抑制，同時，在電機端子連線上串入磁珠對傳導干擾進行抑制。對于來自電網的干擾，可以用電源線濾波器將干擾信號減小。在電源輸入電源線上串接共模扼流圈，在輸出端并聯多個大小為0.1uF的小電容，進行電源線濾波，抑制共模干擾。在系統中加入文中所述的硬件防護抗干擾措施后，對控制芯片主板的 I/O 端口電壓進行測量，如圖八所示。可見干擾脈沖的幅值明顯減小，且干擾持續時間大幅減少，由干擾脈沖獲得了有效抑制，同時控制系統未出現死機現象[7]。

4結束語

本文對按摩椅電機控制系統的電磁干擾機理展開分析，給出了幾種抑制和防護電磁干擾的措施，分析了按摩椅上電機的電磁干擾對按摩椅的危害，建立了按摩椅電機干擾源的傳輸線模型，認為電機在啟停與換向時將產生瞬間高壓電磁脈沖，在時域與頻域里分析測試波形，證實了電磁脈沖干擾的存在。最后，從硬件方面提出了抗干擾措施，通過對控制芯片端口波形的測量，驗證了抗干擾措施的可行性。

參考文獻

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[7] 劉鵬程，邱揚.電磁兼容原理及技術[M].北京：高等教育出版社，1993：78-103.

作者簡介

周鑫奇（1990-），男;安徽工業大學電氣與信息工程學院在讀，學歷：碩士研究生，研究方向：電力變換技術。

李明河（1963-），女;職稱：教授，現就職單位：安徽工業大學電氣與信息工程學院，研究方向：復雜系統建模。