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LED电源设计中的EMC / EMI问题如何解决?

电磁干扰(EMI)是指任何在传导或电磁场中伴随电压、电流而产生的电磁现象,会降低设备、设备或系统的性能,或产生不利影响。

LED电源的电磁干扰,工程师要考虑的主要方面有:电路措施、电磁干扰滤波、元器件选择、屏蔽和PCB抗干扰设计。对于设计led电源的工程师来说,电磁干扰是设计中的关键问题。我们如何解决这个问题?让我们首先看看影响EMC的几个因素。

影响EMC的几个因素

(1)LED电源电路结构

原来的LED电源是线性电源,但是线性电源在工作时会以加热的形式消耗大量的能量。线性电源的工作方式使其由高压变为低压,必须有电压器件。一般采用变压器,经整流后输出直流电压。虽然体积大,热值大,但优点是外部干扰小,电磁干扰小,容易解决。

而现在使用的LED开关电源多是PWM形式的LED驱动电源,是为了使电源晶体管工作在开和关的状态。接通时,电压低,电流大;当它关闭时,电压高,电流小,所以功率损耗半导体器件非常小,缺点是电磁干扰(EMI)比较严重。

(2)开关频率

LED电源的EMC问题通常出现在开关电路的电源上,开关电路是开关电源的主要干扰源之一。开关电路是LED驱动电源的核心,开关电路主要由开关管和高频变压器组成,它产生振幅大、频带宽、谐波丰富的Du / dt脉冲。造成高频脉冲干扰的主要原因是开关管负载是高频变压器的初级线圈,即感应负载。

在导通时刻,初级线圈产生较大的冲击电流,在初级线圈两端出现较高的冲击峰值电压;断开的时候,由于初级线圈的漏磁,能源的一部分并不是传播从初级线圈次级线圈,和衰减振荡电路中形成,这是叠加在断开电压关断电压尖峰。

高频脉冲产生更多的发射,周期性信号产生更多的发射。在LED供电系统中,开关电路产生电流峰值信号,当负载电流发生变化时,也会产生电流峰值信号,这是电磁干扰的来源之一。

(3)接地

在所有的电磁兼容问题中,主要的问题是由于接地不当引起的。信号接地有三种方式:单点接地、多点接地和混合接地。当开关电路的频率低于1MHz时,可以采用单点接地法,但不适合高频;在高频应用中,多点接地效果更好。混合接地是一种低频单点接地和高频多点接地的方法。地线布局是关键。高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路不能混合使用。

(4) PCB设计

正确的印刷电路板(PCB)布线对防止电磁干扰至关重要。

(5)智能LED电源复位电路设计

在LED电源中,有很多由单片机控制的智能LED电源,还有一些LED电源采用单片机控制开关电路的占空比。单片机监控系统在整个LED电源的运行中起着尤为重要的作用。由于所有的干扰源都不能完全隔离或消除,一旦CPU的干扰程序正常运行,则复位系统结合软件处理措施成为有效的防纠错措施。有两种常见的复位系统:

①外部重置系统。外部“看门狗”电路可以自行设计,也可以采用特殊的“看门狗”芯片构建。这样,如果程序系统陷入死循环,而这个循环恰好有一个“喂狗”信号,那么复位电路就不能实现它应有的功能。

②现在越来越多导致电力供应有自己的芯片上的复位系统,这样用户可以很容易地使用其内部重置计时器。但是,一些智能LED电源控制电路的复位指令过于简单,会出现类似上述死循环的“喂狗”指令,使其失去监控功能。

对干扰措施的硬件处理方法

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.减少开关电源本身的干扰  

软开关技术:

开关频率调制技术:

元器件的选择:

合理使用电磁干扰滤波器:

EMI滤波器能有效抑制开关电源适配器的电磁干扰

2.切断干扰信号的传播途径

电源线干扰可以使用电源线滤波器滤除。一个合理有效的开关电源EMI滤波器应该对电源线上差模和共模干扰都有较强的抑制作用。

改善PCB板的电磁兼容性设计

3.增强受干扰体的抗干扰能力

在LED电源系统中输进/输出也是干扰源的传导线,和接收射频干扰信号的拾检源,我们设计时一般要采取有效的措施:

采用必要的共模/差模抑制电路,同时也要采取一定的滤波和防电磁屏蔽措施以减小干扰的进进。

在条件许可的情况下尽可能采取各种隔离措施(如光电隔离或者磁电隔离),从而阻断干扰的传播。

防雷击措施