家用電器印制電路板輻射騷擾抑制問題探析

王瑋

（北京文洲印刷機械有限公司，北京 101118）

0.引言

為了解決電子設備之間出現的互相干擾問題，國外部分地區和國家均已制定了電子設備電磁兼容性的相關進口標準并強制實行。在美國，聯邦通訊委員會針對進口電子設備出臺了相關的法律法規，嚴格規范了通信發射機、電視機、接收機等設備的生產和進口，這是以法律形式對出口相關設備的認可；而歐盟在20世紀80年代也強制執行了此類相關指令，規定契合標準的電子設備才能在歐盟市場上架，不遵循相關指令的人不僅會被責令收回所有設備，還會對其實施重罰[1]。在我國，相關主管部門雖然目前在產品質量監管體系上還未進一步完善，但在一些重要的電子產品設備上也都制定并強制執行了部分相關標準。尤其是在家用電器的管理上我國尤為重視，并反復強調家用電器產品的電池兼容性等問題，以便于生產者和使用者能夠對其產生更多更深入的了解。

1.家用電器印制電路板輻射

1.1 輻射的定義及其分類

輻射是指能量在空間范圍內的傳播。在分類上，粒子輻射、電磁輻射是核輻射類型的兩大類。粒子輻射是指原子核，粒子輻射不僅有能量，還存在靜止質量；電磁輻射的實質是電磁波，與粒子輻射不同，它只有能量，不存在靜止質量[2]。

在作用上，電離輻射和非電離輻射是核輻射作用區分的兩大類。其中電離輻射是指原子被非常高的能量給輻射致使電離。一般情況下，原子帶正電的主要原因是電離輻射將電子擊出殼層使得電離。不計其數的原子可以形成一個細胞，輻射劑量率與被輻射活體的感應情況決定著這種輻射引發癌癥的機率，中子輻射和13、Q、Y輻射都能將電離原子迅速提升至相當高的能量。正是由于細胞由原子構成，人體在電離作用下有很大概率引發癌癥。電子、a粒子、質子等粒子輻射以及x射線、y射線等電磁輻射都屬于電離輻射；而非電離輻射會影響原子或分子價層電子軌態或振動、旋轉，不會電離物質[3]。近年來，學者開啟了非電離輻射對細胞組織的影響探究課題，經過分析研究，可以發現不同的非電離輻射能作用出多種生物學反應。并且非電離輻射也與紫外線相關，非電離輻射也包括一些輻射物質均低于紫外線輻射的任意電磁輻射。

1.2 輻射對人體的影響

電離輻射在專業范疇中包含粒子輻射和高頻段的電磁輻射。并且會對人體健康造成不可逆的傷害，它能通過擾亂人體組織的細胞內部的化學鍵，損傷人體體內的身體結構和生理功能。眾所周知，人體有自我修復功能，在電離輻射上卻無能為力。電離輻射有時會造成相當嚴重或觸及太多組織與臟器的損傷，再強大的自愈能力也不可能完全修復這些問題[4]。并且，人體器官在自我修復的過程中很容易發生錯誤。腸胃上皮細胞和生成血細胞的骨髓細胞是人體內最脆弱的組織，也是最容易受到損害的地方。人體受輻射影響的時間長短以及電離輻射的強弱是其身體受損程度的主要因素。為了避免身體健康受到影響，使用者應該盡量遠離和避免輻射程度大的電子設備。例如醫院的CT、核泄漏等高強度輻射。相對于對人體傷害高的電離輻射來說，非電離輻射相對來說造成的不良影響更弱一些，但仍然不可輕易忽視。長期接觸高強度的電磁波這類大量的非電離輻射也會危害身體健康，對人體的免疫系統、精神系統和生理系統等產生永久性的損傷。在實際生活中，我們最常接觸到的平板、電視、電磁爐等家用電子設備產生的一些輻射都是非電離輻射的范疇。

2.電磁干擾及其產生的途徑

電磁干擾的形成需要具備以下3個因素，分別是電磁干擾源、敏感設備和耦合通道。其中，電磁干擾源的設備元件和關聯器械能夠產生電磁干擾；敏感設備也能在電磁干擾中發生一些反應；而耦合通道則是一種能夠將能量從干擾源耦合傳送到敏感設備上的通道，最具代表性的設備有反應通路和各類媒介等。電磁干擾能有效降低設備裝置的性能，在電力學上屬于較為常見的電磁反應。

通過相關理論可知，一切電子設備在高速充電時都會或多或少地產生輻射，同理，在快速放電的過程中也會不可避免地產生一些輻射[5]。通過分析交變電磁場與電磁輻射源性質，可以將其分為具體的兩個部分，首先是輻射源空間中電子場能量所產生的規律性流動，因其不向外進行輻射，所以被命名為感應場；其次是電磁場能量由于偏離了關聯輻射體，只能以電磁波的形式向外輻射，所以被命名為輻射場。在一般情況下，電磁輻射場還包括遠區場和近區場兩部分，這是根據具體情況的不同而具體劃分的。

3.家用電器印制電路板輻射騷擾

20世紀50年代，前蘇聯提出了電磁輻射的相關控制標準，20世紀70年代，美國出版一批標準性文件，是與高頻電磁場可限制臨界參數相關，此后，這項標準又在兩國之間進行了修改和完善[6]。20世紀90年代，世界衛生組織（WHO）開設“國際電磁場計劃”項目，吸收了一大批國家的相關機構共同研討此計劃，且集中起來探討電磁場對于人體健康的影響，后來又頒布了重要文件《電磁場和公共健康：暴露于極低頻場(Fact SheetNo.322)》[7]。除此之外，我國政府也對電磁輻射做出了一些管理，在生產中制定并嚴格限制了電磁輻射相關限值權限標準。我國國家環保局、衛生部和電子部自1988年以來共制定過18個關于此類問題的國家標準，其中還包括各行業標準和軍用標準。現階段，由國環總局制定并頒發的電磁輻射相關標準《GB 8702—1988：電場輻射防護規定》作為市場上通用的電磁輻射相關標準[8]，但在家用電子設備電磁輻射的標準領域，我國目前還未制定較嚴格的相關標準。

家用電子設備產生的輻射是非電離輻射范疇的一部分，相較于電離輻射，對活體生物的危害較小，但也不能忽略。無論是電冰箱、電視、洗衣機等大家電，還是手機、電風扇、電腦等小家電，內部都存在能釋放電磁輻射的部件，因此這些電子設備所造成的輻射不可不重視。家電類型不同、工作原理不同、性質不同，其輻射所發生的強弱程度也不同。相較于人類能夠遠離的核輻射等高強度輻射，電子設備的低強度輻射則是一種生活中無法避免的輻射。科技時代的全面深入，致使人類的生活己經被電子設備所占滿，電子設備為我們生活帶來方便的同時，也帶來了很多看不見的污染源，其中對人體造成直接損害的就是電磁輻射。尤其孕婦、胎兒以及兒童等特殊人群，免疫力較差，易受電磁輻射的影響。為了降低家用電器對人體產生的危害，各行各業都在研究此類技術，防輻射植物、防輻射屏幕等產品層出不窮，但效果甚微。對于這類家用電器的電磁輻射防治問題，專家遵循理性對待、科學預防原則，采用專業的測量儀器來測量，使其抽象概念變得量化，進而采取合適的方法抑制輻射[9]。

4.家用電器印制電路板輻射騷擾的解決方式

4.1 合理設計電流環路

合理設計電流環路，就要求在進行PCB布局的過程中，工作人員要提前規劃好電流環路的作業方式，注意環路面積的調整和差膜輻射問題的控制，以便于縮小導線電路環路面積。在后續封裝芯片時應選擇小型芯片，無需安裝座裝載芯片，同時還應該拉近地面、電源平面和信號層之間的距離，在信號線兩側安放橋接電容的目的，盡量減少信號穿越地面與電源平面的次數[10]。在實際應用過程中，如果遇到信號必須穿過地面與電源平面的情況，可以采取其他方式將跨越線槽的兩端分別安裝低阻抗橋接電容，避免信號回流以及環路面積的增大。另外，在進行 PCB布局時，連接器作為信號傳輸的重要部分，其設計工作也非常關鍵。為了避免信號回流通過電容槽，增大導線電流環路面積，工作人員應明確設計EMI環節的要點，即是在連接器的端子設計中多增設地針[11]。

4.2 降低天線電流

在PCB布局的過程中，為了保證各導線鋪設的位置具有合理性，以及電源有去耦且接地合理，需要清楚了解差模輻射，力求PCB差模輻射對線路造成的影響最小化[12]。同時，為消除差模輻射，還需要時刻注意互聯背板和電纜的情況，兩者之間背板所產生的輻射是影響差模輻射大小的主要原因。設計人員需要進行多組控制變量實驗，進而明確導線電流大小和差模輻射之間的內在關聯，盡量降低導線電流，利用緩沖器或低功耗芯片也能對導線電流起到一定的限流效果。

4.3 電纜進行去耦

要使共模電流能分流，最具有可操作性的方式就是去耦電容。但這種方式的工作效果容易受到驅動電路共模源阻抗的限制，因此還可以采取串聯電纜、電感或電阻的方式減小電流。此外，為了盡最大程度降低電纜輻射的影響，屏蔽電纜這種方式也具有可操作性，具體操作方法如下：工作人員對沒有受到電路噪聲干擾的區域進行電纜的去耦工作[13]。

4.4 科學采取家用電器電磁輻射防護措施

4.4.1 避免同時使用多種電器產品

現階段，專業領域雖然沒有合適的科技方法完全杜絕家用電器的電磁輻射，但可以充分發揮主觀能動性進行輻射的預防。在家用電器使用較多的情況下，避免將其集中擺放或集中通電。在實際使用中，也要注意避免多個電器同時使用，在減少安全隱患的同時削弱輻射所造成的危害。

4.4.2 減少電磁輻射載體的影響

為了從多個方面減少電磁輻射的影響，室內通風換氣必不可少，這也是減少電磁波輻射的重要舉措。開窗通風換氣能有效保證室內的空氣流動，尤其是在剛使用完家用電器后，一定要保證室內空氣的流通；除此之外，保持室內整潔也有利于減少電磁輻射。灰塵是電磁輻射的主要載體，空氣中含有大量灰塵就會導致電磁隨著灰塵四處擴散，進而通過呼吸道危害人體健康。

4.4.3 注意日常飲食

預防電磁輻射，在日常生活中飲食的控制必不可少。尤其是對于抵抗力較差的婦女、兒童，在飲食搭配中，多食用一些新鮮的蔬菜和水果來補充人體內維生素含量，可以增強對疾病和電磁輻射的抵抗力，強化身體素質。

5.結語

為了滿足當今居民生產、生活的更高層次需求，豐富人們的日常生活，家用電器已經成為每家每戶必備的物品。但對于電子設備的使用有利有弊，它為人體帶來的輻射也是永久性的。為解決以上所述問題，本文針對家用電器印制電路板輻射騷擾抑制問題進行了討論，主要介紹了家用電器輻射問題的具體來源和解決措施，希望能夠為相關工作人員起到一些參考作用，能夠在接下來的工作中更有效地解決電子設備的輻射干擾問題。