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如何解决LED电源设计中的EMC/EMI难题2020-05-29 14:54

若何解决LED电源设计中的EMC/EMI困难

电磁兼容(EMC)是在电学中研究不测电磁能量的发生led灯珠求购、传布和领受,和这类能量所引发的有害影响。电磁兼容的方针是在不异情况下,触及电磁现象的分歧装备都可以或许正常运转,并且不合错误此情况中的任何装备发生难以忍耐的电磁干扰之能力。习惯上说,EMC包括EMI(电磁干扰)和EMS(电磁敏感性)两个方面。


  电磁干扰(EMI)是指任安在传导或电磁场陪伴着电压、电流的感化而发生会下降某个装配、装备或系统的机能,或发生不良影响的电磁现象。


  LED电源电磁干扰,工程师要斟酌的首要方面有:电路办法、EMI滤波、元器件选择、屏障和印制电路板抗干扰设计等。


  对设计LED电源的工程师来讲,电磁干扰问题是一向存在于设计中的一个要害问题。若何能解决这个问题?我们先来看看影响电磁兼容的几个身分。


  一 影响EMC的几个身分


  (1)驱动电源的电路布局


  最初的LED电源就是线性电源,可是线性电源在工作时会以发烧的情势消耗年夜量能量。线性电源的工作体例,使他从高压变低压必需有将压装配,一般的都是变压器,再颠末整流输出直流电压。固然粗笨,发烧量年夜,长处是,对外干扰小,电磁干扰小,也轻易解决。


  而此刻利用比力多的LED开关电源,都是以 PWM情势的LED驱动电源是让功率晶体督工作在导通和关断状况。在导通时,电压低,电流年夜;关断时,电压高,电流小,是以功率半导体器件上所发生的消耗也很小。错误谬误比力较着的是,电磁干扰(EMI)也更严重。


  (2)开关频率


  LED电源的电磁兼容呈现问题通常为开关电路的电源中。而开关电路是开关电源的首要干扰源之一。


  开关电路是LED驱动电源的焦点,开关电路首要由开关管和高频变压器构成。它发生的du/dt具有较年夜幅度的脉冲,频带较宽且谐波丰硕。


  这类高频脉冲干扰发生的首要缘由是:开关管负载为高频变压器低级线圈,是感性负载。


  



开关脉冲尖峰的发生


  导通刹时,低级线圈发生很年夜的涌流,并在低级线圈的两头呈现较高的浪涌尖峰电压;断开刹时,因为低级线圈的漏磁通,导致部门能量没有从一次线圈传输到二次线圈,电路中构成带有尖峰的衰减振荡,叠加在关断电压上,构成关断电压尖峰。


  高频脉冲发生更多的发射,周期性旌旗灯号发生更多的发射。在LED电源系统中,开关电路发生电流尖峰旌旗灯号,而当负载电流转变时也会发生电流尖峰旌旗灯号。这就电磁干扰本源之一。


  (3)接地


  在所有EMC标题问题中,首要标题问题是不恰当的接地引发的。有三种旌旗灯号接处所法:单点、多点和夹杂。在开关电路频率低于1MHz时,可采取单点接处所法,但不适合高频;在高频利用中,最好采取多点接地。夹杂接地是低频用单点接地,而高频用多点接地的方式。地线结构是要害,高频数字电路和低电平摹拟电路的接地电路尽不克不及夹杂。


  (4)PCB设计


  恰当的印刷电路板(PCB)布线对避免EMI是相当主要的。


  (5)智能LED电源的复位电路设计


  在LED电源中,有很多智能LED电源采取单片机节制,而且有的LED电源采取单片机节制开关电路的占空比,单片机的看门狗系统对全部LED电源的运行起着特殊主要的感化,因为所有的干扰源不成能全数被隔离或往除,一旦进进CPU干扰法式的正常运行,那末复位系统连系软件处置办法就成了一道有用的纠错防御的樊篱了。经常使用的复位系统有以下两种:


  ①外部复位系统。外部"看门狗"电路可以本身设计也能够用专门的"看门狗"芯片来搭建。如许,假设法式系统陷进一个死轮回,而该轮回中刚巧有着"喂狗"旌旗灯号的话,那末该复位电路就没法实现它的应有的功能了。


  ②此刻愈来愈多的LED电源都带有本身的片上复位系统,如许用户便可以很便利的利用其内部的复位按时器了,可是,有些智能LED电源的节制电路复位指令过分于简单,如许也会存在象上述死轮回那样的"喂狗"指令,使其掉往监控感化。



  二 对干扰办法的硬件处置方式


  要解决LED驱动电源的电磁干扰问题,可从以下几个方面入手:


  1.削减开关电源自己的干扰


  ①软开关手艺:在原本的硬开关电路中增添电感和电容元件,操纵电感和电容的谐振,下降开关进程中的du/dt和di/dt,使开关器件开通时电压的降落先于电流的上升,或关断时电流的降落先于电压的上升,来消弭电压和电流的堆叠。


  ②开关频率调制手艺:经由过程调制开关频率fc,把集中在fc及其谐波2fc、3fc…上的能量分离到它们四周的频带上,以下降各个频点上的EMI幅值。


  ③元器件的选择:选择不容易发生噪声、不容易传导和辐射噪声的元器件。凡是特殊值得留意的是,二极管和变压器等绕组类元器件的选用。反向恢复电流小、恢复时候短的快速恢复二极管是开关电源高频整流部门的抱负器件。


  ④ 公道利用电磁干扰滤波器:EMI滤波器的首要目标之一,电网噪声是电磁干扰的一种,它属于射频干扰(RFI),其传导噪声的频谱年夜致为10KHz~30MHz,最高可达150MHz。


  在一般环境下,差模干扰幅度小,频率低,所酿成的干扰较小;共模干扰幅度年夜,频率高,还可以经由过程导线发生辐射,所酿成的干扰较年夜。欲减弱传导干扰,最有用的方式就是在开关电源输入和输出电路中加装电磁干扰滤波器。


  LED电源一般采取简略单纯式单级EMI滤波器,首要包罗共模扼流圈和滤波电容。


  经常使用的LED电源滤波器,L、C1和C2用来滤除共模干扰,C3和C4滤除串模干扰。当呈现共模干扰时,因为L中两个线圈的磁通标的目的不异,颠末耦合后总电感量敏捷增年夜,是以对共模旌旗灯号显现很年夜的感抗,使之不轻易经由过程,故称作共模扼流圈。它的两个线圈别离绕在低消耗、高导磁率的铁氧体磁环上。R为泄放电阻,可将C3上堆集的电荷泄放失落,避免因电荷堆集而影响滤波特征,断电后还能使电源的进线端L、N不带电,包管利用的平安性。


  



经常使用的LED电源滤波器


  ⑤ EMI滤波器能有用按捺开关电源适配器的电磁干扰


 不加EMI滤波器时开关电源适配器上0.15MHz~30MHz传导噪声的波形。


  曲线 b是插手EMI滤波器后的波形,它能将电磁干扰衰减50分贝(Uv)~70分贝(uV)。明显,插入EMI滤波器的结果更佳。


  设置电磁干扰滤波器插手前后传输到负载上的噪声电压别离为U1和U2,计较公式是20lgU1/U2。


  插入消耗用分贝dB暗示,分贝值愈年夜,申明按捺噪声干扰的能力愈强。



  丈量插手消耗的电路。e是噪声旌旗灯号产生器,Zi是旌旗灯号源的内部阻抗,ZL是负载阻抗,一般取50欧姆。噪声频率规模可选10KHz~30MHz。起首要在分歧频率下别离测出插手EMI滤波器前后负载两头的噪声压降U1、U2,再代入公式20lgU1/U2计较出每一个频点的插入消耗值,最后汇出插入消耗曲线。