一行業(yè)背景與測(cè)試痛點(diǎn)概述

隨著消費(fèi)電子技術(shù)的迭代升級(jí)，家用吸塵器已從傳統(tǒng)清潔工具向智能化、多功能化設(shè)備演進(jìn)，其電磁兼容性（EMC）表現(xiàn)成為產(chǎn)品上市準(zhǔn)入的核心指標(biāo)之一。

在消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品輻射發(fā)射（RE）測(cè)試中，家用吸塵器因特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣設(shè)計(jì)，常面臨電磁輻射超標(biāo)的技術(shù)瓶頸，其中金屬伸縮管與內(nèi)置線(xiàn)束形成的電磁輻射放大效應(yīng)尤為突出。本文重點(diǎn)關(guān)注吸塵器噪聲的耦合路徑“揚(yáng)聲器”這一環(huán)節(jié)，對(duì)于耦合路徑的管控、減小“揚(yáng)聲器”音量。

二噪聲源頭的技術(shù)分析

1.電機(jī)系統(tǒng)的電磁噪聲激勵(lì)源

家用吸塵器普遍采用串勵(lì)直流電機(jī)或無(wú)刷直流電機(jī)作為動(dòng)力核心。串勵(lì)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電刷與換向器的周期性接觸分離會(huì)產(chǎn)生電弧放電，形成寬頻帶電磁噪聲（頻率覆蓋 30MHz-1000MHz），該噪聲通過(guò)電機(jī)電源線(xiàn)傳導(dǎo)至整機(jī)線(xiàn)束系統(tǒng)。

無(wú)刷電機(jī)雖避免了電刷噪聲，但其輸出PWM信號(hào)的功率器件高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作（通常為 20kHz-200kHz）會(huì)產(chǎn)生 dv/dt 與 di/dt 突變，通過(guò)寄生電容與互感耦合至控制線(xiàn)束，形成二次輻射源，通常諧振在30mhz-100mhz形成超標(biāo)的包絡(luò)。

2.長(zhǎng)線(xiàn)束的天線(xiàn)效應(yīng)與諧振特性

吸塵器金屬伸縮管內(nèi)部的線(xiàn)束（包括電源線(xiàn)、傳感器信號(hào)線(xiàn)、控制線(xiàn)纜）長(zhǎng)度通常在 30cm-1.2m 范圍，當(dāng)線(xiàn)束長(zhǎng)度接近某一頻率電磁波的 “1/4 波長(zhǎng)” 時(shí)，線(xiàn)束會(huì)呈現(xiàn)顯著的天線(xiàn)輻射特性（1/4 波長(zhǎng)是天線(xiàn)輻射的臨界條件之一）。理論計(jì)算表明：

電磁波在空間中傳播時(shí)，波長(zhǎng)（λ）、頻率（f）和波速（c）滿(mǎn)足基本關(guān)系：

λ = c / f

假設(shè)吸塵器金屬伸縮管的常見(jiàn)長(zhǎng)度為 1m，若該長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)某一頻率的 “1/4 波長(zhǎng)”，則：

1/4 波長(zhǎng) = 1m → 波長(zhǎng) λ = 4×1m = 4m

代入波長(zhǎng) - 頻率公式，計(jì)算對(duì)應(yīng)頻率：

f = c / λ = 3×10?米 / 秒 ÷ 4 米 = 75×10?赫茲（Hz）= 75MHz

對(duì)于 75MHz 頻率，1/4 波長(zhǎng)約為 1m；

對(duì)于200Mhz的頻率，1/4波長(zhǎng)約為0.375m。

換言之，常見(jiàn)的金屬管長(zhǎng)度會(huì)放大對(duì)應(yīng)頻率的波長(zhǎng)噪聲，加劇50mhz-300mhz頻段的噪聲。

線(xiàn)束在金屬管內(nèi)形成的 "導(dǎo)線(xiàn) - 金屬管" 結(jié)構(gòu)類(lèi)似不規(guī)范的同軸傳輸線(xiàn)，由于缺乏屏蔽層與接地設(shè)計(jì)，線(xiàn)束上的共模電流會(huì)通過(guò)金屬管內(nèi)壁反射疊加，形成駐波效應(yīng)，使特定頻段輻射強(qiáng)度增強(qiáng) 10-15dB。

3.金屬管的電磁波導(dǎo)效應(yīng)

金屬管作為良導(dǎo)體，其內(nèi)部空間構(gòu)成矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁噪聲頻率高于波導(dǎo)截止頻率時(shí)，會(huì)沿管腔定向傳播并從端口輻射。測(cè)試驗(yàn)證顯示：

直徑 35mm 的金屬管對(duì) 100MHz 以上電磁信號(hào)的傳輸損耗僅為 2dB/m，遠(yuǎn)低于非金屬材質(zhì)的 15dB/m，導(dǎo)致高頻噪聲可高效輻射至測(cè)試環(huán)境。

同時(shí)，金屬管與吸塵器主機(jī)的連接部位若存在阻抗不匹配，會(huì)產(chǎn)生反射波，進(jìn)一步加劇電磁輻射的復(fù)雜性。

三案例分析

以上摸底數(shù)據(jù)，當(dāng)我們反復(fù)整改排查驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)金屬導(dǎo)管的影響：

當(dāng)我們?nèi)サ艚饘俟芎螅?/span>

發(fā)現(xiàn)在50mhz-100mhz的包絡(luò)下降明顯，從EMC整改三要素出發(fā)，此處便是最大的耦合路徑。排查發(fā)現(xiàn)金屬導(dǎo)管“承上”放大了風(fēng)機(jī)噪聲（無(wú)刷風(fēng)機(jī)的PWM噪聲），“啟下”放大了地刷噪聲，路徑上還帶有許多電源和控制信號(hào)。這些也正是吸塵器通病的噪聲源。

四整改方案

1.針對(duì)控制板電源問(wèn)題：

增加電源芯片SW腳RC吸收電路，電源芯片輸入輸出的高頻濾波電容，從源頭降低電源芯片開(kāi)關(guān)噪聲。優(yōu)化電源PCB走線(xiàn)，減小電源噪聲回路。

2.地刷供電線(xiàn)濾波小板，使用TLDCM7035-2-102TF-TA，共模電感可以阻斷線(xiàn)束上的噪聲，防止風(fēng)機(jī)噪聲通過(guò)線(xiàn)束輻射出去。（如下圖）

3.共模后端搭配10nF的X電容,針對(duì)60mhz包絡(luò)進(jìn)一步旁路退耦。（如下圖）

4.針對(duì)地刷電機(jī)噪聲，在地刷電機(jī)上增加BDL濾波小板，針對(duì)電機(jī)毛刺噪聲的克星。（如下圖）

最后整改數(shù)據(jù)：

五結(jié)語(yǔ)

以上，我們可以通過(guò)案例清晰直觀(guān)看見(jiàn)家用吸塵器的整改過(guò)程，吸塵器行業(yè)的痛點(diǎn)在于放大了EMC三要素之一——耦合路徑。金屬管長(zhǎng)線(xiàn)束引發(fā)的電磁輻射問(wèn)題，需通過(guò)針對(duì)性的噪聲路徑濾波、噪聲源頭整改等、系統(tǒng)性的方案解決。

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