​  解決LED電源電磁幹擾問(wèn)題，是3C認(rèn)證順利通過(guò)不可繞過(guò)的一環(huán)。熟悉電源電路設(shè)計(jì)的朋友們都知道，在LED電源的設(shè)計(jì)過(guò)程中，電磁幹擾EMI是個(gè)不小的難題，那麼如何能解決這個(gè)問(wèn)題?

　　本文將從這一角度來(lái)分享對(duì)電磁兼容性的處理，讓電磁幹擾不再是難題!

　　一、影響EMC的幾個(gè)因素

1. 驅動(dòng)電源的電路結(jié)構(gòu )

　　初的LED電源就是線(xiàn )性電源，但是線(xiàn )性電源在工作時(shí)會(huì)以發(fā)熱的形式損耗大量能量。線(xiàn )性電源的工作方式，使他從高壓變低壓必須有將壓裝置，一般的都是變壓器，再經(jīng)過(guò)整流輸(shū)出直流電壓。雖然笨重，發(fā)熱量大，優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)外幹擾小，電磁幹擾小，也容易解決。

　　而現(xiàn)在使用比較多的LED開(kāi)關(guān)電源，都是以PWM形式的LED驅動(dòng)電源是讓功率電晶體工作在導(dǎo )通和關(guān)斷狀態(tài)。在導(dǎo )通時(shí)，電壓低，電流大;關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流小，因此功率半導(dǎo )體器件上所產(chǎn)生的損耗也很小。缺點(diǎn)比較明顯的是，電磁幹擾(EMI)也更嚴(yán)重。

2.開(kāi)關(guān)頻率

LED電源的電磁兼容出現(xiàn)問(wèn)題一般是開(kāi)關(guān)電路的電源中。而開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的主要幹擾源之一。

　　開(kāi)關(guān)電路是LED驅動(dòng)電源的核心，開(kāi)關(guān)電路主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的du/dt具有較大幅度的脈衝，頻帶較寬且諧波豐富。

　　這種高頻脈衝幹擾產(chǎn)生的主要原因是：開(kāi)關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線(xiàn )圈，是感性負(fù)載。

3.開(kāi)關(guān)脈衝尖峰

  導(dǎo )通瞬間，初級(jí)線(xiàn )圈產(chǎn)生很大的湧流，並在初級(jí)線(xiàn )圈的兩(liǎng)端出現(xiàn)較高的浪湧尖峰電壓;斷開(kāi)瞬間，由於初級(jí)線(xiàn )圈的漏磁通，致使部分能量沒有從一次線(xiàn )圈傳輸(shū)到二次線(xiàn )圈，電路中形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰。

　　圖 1 為開(kāi)關(guān)脈衝尖峰

　　高頻脈衝產(chǎn)生更多的發(fā)射，周期性信號(hào)產(chǎn)生更多的發(fā)射。在LED電源系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生電流尖峰信號(hào)，而當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電流尖峰信號(hào)。這就電磁幹擾根源之一。

4.接地

　　在所有EMC題目中，主要題目是不適當(dāng)的接地引起的。有三種信號(hào)接地方法：單點(diǎn)、多點(diǎn)和混合。在開(kāi)關(guān)電路頻率低於1MHz時(shí)，可採用單點(diǎn)接地方法，但不適宜高頻;在高頻應(yīng)用中，好採用多點(diǎn)接地。混合接地是低頻用單點(diǎn)接地，而高頻用多點(diǎn)接地的方法。地線(xiàn )布局是關(guān)鍵，高頻數(shù)字電路和低電平模擬電路的接地電路盡不能混合。

5.PCB設(shè)計(jì)

　　適當(dāng)的印刷電路板(PCB)布線(xiàn )對(duì)防止EMI是至關(guān)重要的。

　　智能LED電源的復位電路設(shè)計(jì)

　　增強(qiáng)受幹擾體的抗幹擾能力。

　　在LED驅動(dòng)電源系統(tǒng)中輸(shū)進(jìn)/輸(shū)出也是幹擾源的傳導(dǎo )線(xiàn )，和接收射頻幹擾信號(hào)的拾檢源，我們設(shè)計(jì)時(shí)一般要採取有效的措施：

　　採用必要的共模/差模抑制電路，同時(shí)也要採取一定的濾波和防電磁屏蔽措施以減小幹擾的進(jìn)進(jìn)。

　　在條件許可的情況下儘可能採取各種隔離措施(如光電隔離或者磁電隔離)，從而阻斷幹擾的傳播。

6.防雷擊措施

　　室外使用的LED電源系統(tǒng)或從室外排擠引進(jìn)室內(nèi)的電源線(xiàn )、信號(hào)線(xiàn )，要考慮系統(tǒng)的防雷擊題目。常用的防雷擊器件有：氣體放電管等。氣體放電管是當(dāng)電源的電壓大於某一數(shù)值時(shí)，通常為數(shù)十V或數(shù)百V，氣體擊穿放電，將電源線(xiàn )上強(qiáng)衝擊脈衝導(dǎo )進(jìn)大地。TVS可以看成兩(liǎng)個(gè)並聯(lián)且方向相反的齊納二極體，當(dāng)兩(liǎng)端電壓高於某一值時(shí)導(dǎo )通。其特點(diǎn)是可以瞬態(tài)通過(guò)數(shù)百乃上千A的電流。

　　二、對(duì)幹擾措施的硬體處理方法

　　要解決LED驅動(dòng)電源的電磁幹擾問(wèn)題，可從以下幾個(gè)方面入手：

1.減少開(kāi)關(guān)電源本身的幹擾

①軟開(kāi)關(guān)技術(shù)：在原有的硬開(kāi)關(guān)電路中增加電感和電容元件，利用電感和電容的諧振，降低開(kāi)關(guān)過(guò)程中的du/dt和di/dt，使開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通時(shí)電壓的下降先於電流的上升，或關(guān)斷時(shí)電流的下降先於電壓的上升，來(lái)消除電壓和電流的重疊。

②開(kāi)關(guān)頻率調(diào)製技術(shù)：通過(guò)調(diào)製開(kāi)關(guān)頻率fc，把集中在fc及其諧波2fc、3fc…上的能量分散到它們周圍的頻帶上，以降低各個(gè)頻點(diǎn)上的EMI幅值。

③元器件的選擇：選擇不易產(chǎn)生噪聲、不易傳導(dǎo )和輻射噪聲的元器件。通常特別值得注意的是，二極體和變壓器等繞組類(lèi)元器件的選用。反向恢復電流小、恢復時(shí)間短的快速恢復二極體是開(kāi)關(guān)電源高頻整流部分的理想器件。

④ 合理使用電磁幹擾濾波器：EMI濾波器的主要目的之一，電網(wǎng)噪聲是電磁幹擾的一種，它屬於射頻幹擾(RFI),其傳導(dǎo )噪聲的頻譜大致為10KHz~30MHz，高可達(dá)150MHz。

　　在一般情況下，差模幹擾幅度小，頻率低，所造成的幹擾較小;共模幹擾幅度大，頻率高，還可以通過(guò)導(dǎo )線(xiàn )產(chǎn)生輻射，所造成的幹擾較大。欲削弱傳導(dǎo )幹擾，有效的方法就是在開(kāi)關(guān)電源輸(shū)入和輸(shū)出電路中加裝電磁幹擾濾波器。

LED電源一般採用簡(jiǎn)易式單級(jí)EMI濾波器，主要包括共模扼流圈和濾波電容。

　　圖2為常用的LED電源濾波器，L、C1和C2用來(lái)濾除共模幹擾，C3和C4濾除串模幹擾。當(dāng)出現(xiàn)共模幹擾時(shí)，由於L中兩(liǎng)個(gè)線(xiàn )圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)耦合後總電感量迅速增大，因此對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不容易通過(guò)，故稱(chēng)作共模扼流圈。它的兩(liǎng)個(gè)線(xiàn )圈分別繞在低損耗、高導(dǎo )磁率的鐵氧體磁環(huán)上。R為洩放電阻，可將C3上積累的電荷洩放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性，斷電後還能使電源的進(jìn)線(xiàn )端L、N不帶電，保證使用的安全性。

圖2 常用的LED電源濾波器

⑤ EMI濾波器能有效抑制開(kāi)關(guān)電源適配器的電磁幹擾

　　圖3中曲線(xiàn )a為不加EMI濾波器時(shí)開(kāi)關(guān)電源適配器上0.15MHz~30MHz傳導(dǎo )噪聲的波形。

　　曲線(xiàn ) b是加入EMI濾波器後的波形，它能將電磁幹擾衰減50分貝(Uv)~70分貝(uV)。顯然，插入EMI濾波器的效果更佳。

　　設(shè)置電磁幹擾濾波器加入前後傳輸(shū)到負(fù)載上的噪聲電壓分別為U1和U2，計(jì)算公式是20lgU1/U2。

　　插入損耗用分貝dB表示，分貝值愈大，說(shuō)明抑制噪聲幹擾的能力愈強(qiáng)。

　　測(cè)量加入損耗的電路如圖3所示。e是噪聲信號(hào)發(fā)生器，Zi是信號(hào)源的內(nèi)部阻抗，ZL是負(fù)載阻抗，一般取50歐姆。噪聲頻率範圍可選10KHz~30MHz。首先要在不同頻率下分別測(cè)出加入EMI濾波器前後負(fù)載兩(liǎng)端的噪聲壓降U1、U2，再代入公式20lgU1/U2計(jì)算出每個(gè)頻點(diǎn)的插入損耗值，後匯出插入損耗曲線(xiàn )。

圖3：加入EMI濾波器前後的情況

2.切斷幹擾信號(hào)的傳播途徑

①電源線(xiàn )幹擾可以使用電源線(xiàn )濾波器濾除。一個(gè)合理有效的開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器應(yīng)該對(duì)電源線(xiàn )上差模和共模幹擾都有較強(qiáng)的抑制作用。

②改善PCB板的電磁兼容性設(shè)計(jì)

PCB是LED電源系統(tǒng)中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB的密度越來(lái)越高。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)LED電源系統(tǒng)的電磁兼容性影響很大。

　　實(shí)踐證實(shí)，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，印刷電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)對(duì)LED電源系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生不利影響。

PCB抗幹擾設(shè)計(jì)主要包括PCB布局、布線(xiàn )及接地，其目的是減小PCB的電磁輻射和PCB上電路之間的串擾。

      圖4：正確選擇選擇主濾波電容引腳作為集中接地點(diǎn)

　　還有，一般變壓器電磁幹擾引發(fā)的交流聲頻率一般為50HZ左右，而地線(xiàn )布線(xiàn )不當(dāng)導(dǎo )致的交流聲，由於整流電路的倍頻作用頻率約為100HZ，仔細(xì)區(qū)分還是可以察覺的。

　　正確的布線(xiàn )方法是如圖4，選擇主濾波電容引腳作為集中接地點(diǎn)，強(qiáng)、弱信號(hào)地線(xiàn )嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)，在總接地點(diǎn)匯總。

　　因此，在設(shè)計(jì)印刷電路板的時(shí)候，應(yīng)留意採用正確的方法，遵守PCB設(shè)計(jì)的一般原則，並應(yīng)符合抗幹擾的設(shè)計(jì)要求。

3.增強(qiáng)受幹擾體的抗幹擾能力。

　　在LED電源系統(tǒng)中輸(shū)進(jìn)/輸(shū)出也是幹擾源的傳導(dǎo )線(xiàn )，和接收射頻幹擾信號(hào)的拾檢源，我們設(shè)計(jì)時(shí)一般要採取有效的措施：

①採用必要的共模/差模抑制電路，同時(shí)也要採取一定的濾波和防電磁屏蔽措施以減小幹擾的進(jìn)進(jìn)。

②在條件許可的情況下儘可能採取各種隔離措施(如光電隔離或者磁電隔離)，從而阻斷幹擾的傳播。

③防雷擊措施

　　室外使用的LED電源系統(tǒng)或從室外排擠引進(jìn)室內(nèi)的電源線(xiàn )、信號(hào)線(xiàn )，要考慮系統(tǒng)的防雷擊題目。常用的防雷擊器件有：氣體放電管、TVS(Transient Voltage Suppression)等。氣體放電管是當(dāng)電源的電壓大於某一數(shù)值時(shí)，通常為數(shù)十V或數(shù)百V，氣體擊穿放電，將電源線(xiàn )上強(qiáng)衝擊脈衝導(dǎo )進(jìn)大地。TVS可以看成兩(liǎng)個(gè)並聯(lián)且方向相反的齊納二極體，當(dāng)兩(liǎng)端電壓高於某一值時(shí)導(dǎo )通。其特點(diǎn)是可以瞬態(tài)通過(guò)數(shù)百乃上千A的電流。

　　因此，LED電源電磁電磁幹擾要控制技術(shù)主要有：電路措施、EMI濾波、元器件選擇、屏蔽和印製電路板抗幹擾設(shè)計(jì)等。