如何解決LED電源設計中的EMC/EMI難題
電磁兼容(EMC)是在電學中研究意外電磁能量的產生、傳播和接收重要的作用,以及這種能量所引起的有害影響品牌。電磁兼容的目標是在相同環(huán)境下落地生根,涉及電磁現(xiàn)象的不同設備都能夠正常運轉重要的意義,而且不對此環(huán)境中的任何設備產生難以忍受的電磁干擾之能力保供。習慣上說製高點項目,EMC包含EMI(電磁干擾)和EMS(電磁敏感性)兩個方面技術研究。
電磁干擾(EMI)是指任何在傳導或電磁場伴隨著電壓、電流的作用而產生會降低某個裝置、設備或系統(tǒng)的性能哪些領域,或產生不良影響的電磁現(xiàn)象敢於挑戰。
LED電源電磁干擾,工程師要考慮的主要方面有:電路措施建立和完善、EMI濾波探索、元器件選擇、屏蔽和印制電路板抗干擾設計等產業。
對于設計LED電源的工程師來說,電磁干擾問題是一直存在于設計中的一個關鍵問題情況較常見。如何能解決這個問題?我們先來看看影響電磁兼容的幾個因素可持續。
一 影響EMC的幾個因素
(1)驅動電源的電路結構
最初的LED電源就是線性電源,但是線性電源在工作時會以發(fā)熱的形式損耗大量能量體製。線性電源的工作方式構建,使他從高壓變低壓必須有將壓裝置,一般的都是變壓器服務延伸,再經過整流輸出直流電壓共創輝煌。雖然笨重,發(fā)熱量大進一步,優(yōu)點是大部分,對外干擾小,電磁干擾小實際需求,也容易解決解決方案。
而現(xiàn)在使用比較多的LED開關電源,都是以 PWM形式的LED驅動電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷狀態(tài)交流。在導通時基礎,電壓低,電流大;關斷時還不大,電壓高高產,電流小,因此功率半導體器件上所產生的損耗也很小發揮作用。缺點比較明顯的是良好,電磁干擾(EMI)也更嚴重。
(2)開關頻率
LED電源的電磁兼容出現(xiàn)問題一般是開關電路的電源中勇探新路。而開關電路是開關電源的主要干擾源之一單產提升。
開關電路是LED驅動電源的核心,開關電路主要由開關管和高頻變壓器組成試驗。它產生的du/dt具有較大幅度的脈沖勞動精神,頻帶較寬且諧波豐富。
這種高頻脈沖干擾產生的主要原因是:開關管負載為高頻變壓器初級線圈,是感性負載預下達。
圖1:開關脈沖尖峰的產生
導通瞬間的有效手段,初級線圈產生很大的涌流,并在初級線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓;斷開瞬間方案,由于初級線圈的漏磁通關鍵技術,致使部分能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉圈,電路中形成帶有尖峰的衰減振蕩深入,疊加在關斷電壓上技術研究,形成關斷電壓尖峰。
高頻脈沖產生更多的發(fā)射開展研究,周期性信號產生更多的發(fā)射姿勢。在LED電源系統(tǒng)中,開關電路產生電流尖峰信號首要任務,而當負載電流變化時也會產生電流尖峰信號綠色化。這就電磁干擾根源之一。
(3)接地
在所有EMC題目中發展,主要題目是不適當?shù)慕拥匾鸬谋3址定。有三種信號接地方法:單點、多點和混合面向。在開關電路頻率低于1MHz時支撐作用,可采用單點接地方法,但不適宜高頻;在高頻應用中互動式宣講,最好采用多點接地生產效率。混合接地是低頻用單點接地適應性,而高頻用多點接地的方法節點。地線布局是關鍵,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落地生根。
(4)PCB設計
適當?shù)挠∷㈦娐钒?PCB)布線對防止EMI是至關重要的的特點。
(5)智能LED電源的復位電路設計
在LED電源中,有不少智能LED電源采用單片機控制有效保障,并且有的LED電源采用單片機控制開關電路的占空比大數據,單片機的看門狗系統(tǒng)對整個LED電源的運行起著特別重要的作用,由于所有的干擾源不可能全部被隔離或往除講實踐,一旦進進CPU干擾程序的正常運行數字技術,那么復位系統(tǒng)結合軟件處理措施就成了一道有效的糾錯防御的屏障了。常用的復位系統(tǒng)有以下兩種:
①外部復位系統(tǒng)市場開拓。外部"看門狗"電路可以自己設計也可以用專門的"看門狗"芯片來搭建措施。這樣大大縮短,假如程序系統(tǒng)陷進一個死循環(huán),而該循環(huán)中恰巧有著"喂狗"信號的話緊密相關,那么該復位電路就無法實現(xiàn)它的應有的功能了更默契了。
②現(xiàn)在越來越多的LED電源都帶有自己的片上復位系統(tǒng),這樣用戶就可以很方便的使用其內部的復位定時器了培訓,但是不合理波動,有些智能LED電源的控制電路復位指令太過于簡單,這樣也會存在象上述死循環(huán)那樣的"喂狗"指令重要工具,使其失往監(jiān)控作用積極拓展新的領域。
二 對干擾措施的硬件處理方法
要解決LED驅動電源的電磁干擾問題,可從以下幾個方面入手:
1.減少開關電源本身的干擾
①軟開關技術:在原有的硬開關電路中增加電感和電容元件更優質,利用電感和電容的諧振多種方式,降低開關過程中的du/dt和di/dt,使開關器件開通時電壓的下降先于電流的上升技術創新,或關斷時電流的下降先于電壓的上升,來消除電壓和電流的重疊資料。
②開關頻率調制技術:通過調制開關頻率fc廣泛應用,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新產品,以降低各個頻點上的EMI幅值去完善。
③元器件的選擇:選擇不易產生噪聲、不易傳導和輻射噪聲的元器件長遠所需。通常特別值得注意的是二極管和變壓器等繞組類元器件的選用求索。反向恢復電流小、恢復時間短的快速恢復二極管是開關電源高頻整流部分的理想器件規模。
④ 合理使用電磁干擾濾波器:EMI濾波器的主要目的之一穩定發展,電網噪聲是電磁干擾的一種,它屬于射頻干擾(RFI),其傳導噪聲的頻譜大致為10KHz~30MHz聯動,最高可達150MHz增持能力。
在一般情況下,差模干擾幅度小行業內卷,頻率低追求卓越,所造成的干擾較小;共模干擾幅度大,頻率高參與能力,還可以通過導線產生輻射合理需求,所造成的干擾較大。欲削弱傳導干擾充分發揮,最有效的方法就是在開關電源輸入和輸出電路中加裝電磁干擾濾波器高質量。
LED電源一般采用簡易式單級EMI濾波器充分發揮,主要包括共模扼流圈和濾波電容。
圖2為常用的LED電源濾波器機構,L的特性、C1和C2用來濾除共模干擾,C3和C4濾除串模干擾基礎。當出現(xiàn)共模干擾時提供堅實支撐,由于L中兩個線圈的磁通方向相同,經過耦合后總電感量迅速增大高產,因此對共模信號呈現(xiàn)很大的感抗信息化技術,使之不容易通過,故稱作共模扼流圈良好。它的兩個線圈分別繞在低損耗逐步顯現、高導磁率的鐵氧體磁環(huán)上。R為泄放電阻顯著,可將C3上積累的電荷泄放掉快速增長,避免因電荷積累而影響濾波特性,斷電后還能使電源的進線端L占、N不帶電高質量,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關電源適配器的電磁干擾
圖3中曲線a為不加EMI濾波器時開關電源適配器上0.15MHz~30MHz傳導噪聲的波形激發創作。
曲線 b是加入EMI濾波器后的波形前景,它能將電磁干擾衰減50分貝(Uv)~70分貝(uV)。顯然增幅最大,插入EMI濾波器的效果更佳共享應用。
設置電磁干擾濾波器加入前后傳輸?shù)截撦d上的噪聲電壓分別為U1和U2,計算公式是20lgU1/U2標準。
插入損耗用分貝dB表示示範推廣,分貝值愈大,說明抑制噪聲干擾的能力愈強即將展開。
測量加入損耗的電路如圖3所示積極參與。e是噪聲信號發(fā)生器,Zi是信號源的內部阻抗培養,ZL是負載阻抗交流研討,一般取50歐姆。噪聲頻率范圍可選10KHz~30MHz形式。首先要在不同頻率下分別測出加入EMI濾波器前后負載兩端的噪聲壓降U1建設應用、U2,再代入公式20lgU1/U2計算出每個頻點的插入損耗值日漸深入,最后匯出插入損耗曲線動力。
圖3:加入EMI濾波器前后的情況
2.切斷干擾信號的傳播途徑
①電源線干擾可以使用電源線濾波器濾除同時。一個合理有效的開關電源EMI濾波器應該對電源線上差模和共模干擾都有較強的抑制作用。
②改善PCB板的電磁兼容性設計
PCB是LED電源系統(tǒng)中電路元件和器件的支撐件效高性,它提供電路元件和器件之間的電氣連接模式。隨著電子技術的飛速發(fā)展,PCB的密度越來越高提升。PCB設計的好壞對LED電源系統(tǒng)的電磁兼容性影響很大高品質。
實踐證實,即使電路原理圖設計正確支撐能力,印刷電路板設計不當資源優勢,也會對LED電源系統(tǒng)的可靠性產生不利影響。
PCB抗干擾設計主要包括PCB布局置之不顧、布線及接地不斷完善,其目的是減小PCB的電磁輻射和PCB上電路之間的串擾。
還有方便,一般變壓器電磁干擾引發(fā)的交流聲頻率一般為50HZ左右基礎上,而地線布線不當導致的交流聲,由于整流電路的倍頻作用頻率約為100HZ應用領域,仔細區(qū)分還是可以察覺的保持競爭優勢。
正確的布線方法是,選擇主濾波電容引腳作為集中接地點實現,強、弱信號地線嚴格區(qū)分開組織了,在總接地點匯總服務體系。
因此,在設計印刷電路板的時候搶抓機遇,應留意采用正確的方法分析,遵守PCB設計的一般原則,并應符合抗干擾的設計要求全面闡釋。
3.增強受干擾體的抗干擾能力
在LED電源系統(tǒng)中輸進/輸出也是干擾源的傳導線非常激烈,和接收射頻干擾信號的拾檢源,我們設計時一般要采取有效的措施:
①采用必要的共模/差模抑制電路引人註目,同時也要采取一定的濾波和防電磁屏蔽措施以減小干擾的進進領域。
②在條件許可的情況下盡可能采取各種隔離措施(如光電隔離或者磁電隔離),從而阻斷干擾的傳播好宣講。
③防雷擊措施
室外使用的LED電源系統(tǒng)或從室外排擠引進室內的電源線註入新的動力、信號線,要考慮系統(tǒng)的防雷擊題目。常用的防雷擊器件有:氣體放電管雙重提升、TVS(Transient Voltage Suppression)等戰略布局。氣體放電管是當電源的電壓大于某一數(shù)值時,通常為數(shù)十V或數(shù)百V表現明顯更佳,氣體擊穿放電狀態,將電源線上強沖擊脈沖導進大地。TVS可以看成兩個并聯(lián)且方向相反的齊納二極管指導,當兩端電壓高于某一值時導通研究與應用。其特點是可以瞬態(tài)通過數(shù)百乃上千A的電流。