如何破解LED电源的电磁干扰

​  解决LED电源电磁干扰问题，是3C认证顺利通过不可绕过的一环。熟悉电源电路设计的朋友们都知道，在LED电源的设计过程中，电磁干扰EMI是个不小的难题，那么如何能解决这个问题?

　　本文将从这一角度来分享对电磁兼容性的处理，让电磁干扰不再是难题!

　　一、影响EMC的几个因素

1. 驱动电源的电路结构

　　初的LED电源就是线性电源，但是线性电源在工作时会以发热的形式损耗大量能量。线性电源的工作方式，使他从高压变低压必须有将压装置，一般的都是变压器，再经过整流输出直流电压。虽然笨重，发热量大，优点是，对外干扰小，电磁干扰小，也容易解决。

　　而现在使用比较多的LED开关电源，都是以PWM形式的LED驱动电源是让功率晶体管工作在导通和关断状态。在导通时，电压低，电流大;关断时，电压高，电流小，因此功率半导体器件上所产生的损耗也很小。缺点比较明显的是，电磁干扰(EMI)也更严重。

2.开关频率

LED电源的电磁兼容出现问题一般是开关电路的电源中。而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。它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。

　　这种高频脉冲干扰产生的主要原因是：开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。

3.开关脉冲尖峰

  导通瞬间，初级线圈产生很大的涌流，并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压;断开瞬间，由于初级线圈的漏磁通，致使部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈，电路中形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在关断电压上，形成关断电压尖峰。

　　图 1 为开关脉冲尖峰

　　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电源系统中，开关电路产生电流尖峰信号，而当负载电流变化时也会产生电流尖峰信号。这就电磁干扰根源之一。

4.接地

　　在所有EMC题目中，主要题目是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法：单点、多点和混合。在开关电路频率低于1MHz时，可采用单点接地方法，但不适宜高频;在高频应用中，好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地，而高频用多点接地的方法。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尽不能混合。

5.PCB设计

　　适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。

　　智能LED电源的复位电路设计

　　增强受干扰体的抗干扰能力。

　　在LED驱动电源系统中输进/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。

6.防雷击措施

　　室外使用的LED电源系统或从室外排挤引进室内的电源线、信号线，要考虑系统的防雷击题目。常用的防雷击器件有：气体放电管等。气体放电管是当电源的电压大于某一数值时，通常为数十V或数百V，气体击穿放电，将电源线上强冲击脉冲导进大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管，当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃上千A的电流。

　　二、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

①软开关技术：在原有的硬开关电路中增加电感和电容元件，利用电感和电容的谐振，降低开关过程中的du/dt和di/dt，使开关器件开通时电压的下降先于电流的上升，或关断时电流的下降先于电压的上升，来消除电压和电流的重叠。

②开关频率调制技术：通过调制开关频率fc，把集中在fc及其谐波2fc、3fc…上的能量分散到它们周围的频带上，以降低各个频点上的EMI幅值。

③元器件的选择：选择不易产生噪声、不易传导和辐射噪声的元器件。通常特别值得注意的是，二极管和变压器等绕组类元器件的选用。反向恢复电流小、恢复时间短的快速恢复二极管是开关电源高频整流部分的理想器件。

④ 合理使用电磁干扰滤波器：EMI滤波器的主要目的之一，电网噪声是电磁干扰的一种，它属于射频干扰(RFI),其传导噪声的频谱大致为10KHz~30MHz，高可达150MHz。

　　在一般情况下，差模干扰幅度小，频率低，所造成的干扰较小;共模干扰幅度大，频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。欲削弱传导干扰，有效的方法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电源一般采用简易式单级EMI滤波器，主要包括共模扼流圈和滤波电容。

　　图2为常用的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。当出现共模干扰时，由于L中两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不容易通过，故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上。R为泄放电阻，可将C3上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性，断电后还能使电源的进线端L、N不带电，保证使用的安全性。

图2 常用的LED电源滤波器

⑤ EMI滤波器能有效抑制开关电源适配器的电磁干扰

　　图3中曲线a为不加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是加入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)。显然，插入EMI滤波器的效果更佳。

　　设置电磁干扰滤波器加入前后传输到负载上的噪声电压分别为U1和U2，计算公式是20lgU1/U2。

　　插入损耗用分贝dB表示，分贝值愈大，说明抑制噪声干扰的能力愈强。

　　测量加入损耗的电路如图3所示。e是噪声信号发生器，Zi是信号源的内部阻抗，ZL是负载阻抗，一般取50欧姆。噪声频率范围可选10KHz~30MHz。首先要在不同频率下分别测出加入EMI滤波器前后负载两端的噪声压降U1、U2，再代入公式20lgU1/U2计算出每个频点的插入损耗值，后汇出插入损耗曲线。

图3：加入EMI滤波器前后的情况

2.切断干扰信号的传播途径

①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。

②改善PCB板的电磁兼容性设计

PCB是LED电源系统中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展，PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对LED电源系统的电磁兼容性影响很大。

　　实践证实，即使电路原理图设计正确，印刷电路板设计不当，也会对LED电源系统的可靠性产生不利影响。

PCB抗干扰设计主要包括PCB布局、布线及接地，其目的是减小PCB的电磁辐射和PCB上电路之间的串扰。

      图4：正确选择选择主滤波电容引脚作为集中接地点

　　还有，一般变压器电磁干扰引发的交流声频率一般为50HZ左右，而地线布线不当导致的交流声，由于整流电路的倍频作用频率约为100HZ，仔细区分还是可以察觉的。

　　正确的布线方法是如图4，选择主滤波电容引脚作为集中接地点，强、弱信号地线严格区分开，在总接地点汇总。

　　因此，在设计印刷电路板的时候，应留意采用正确的方法，遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰的设计要求。

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：

①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。

②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。

③防雷击措施

　　室外使用的LED电源系统或从室外排挤引进室内的电源线、信号线，要考虑系统的防雷击题目。常用的防雷击器件有：气体放电管、TVS(Transient Voltage Suppression)等。气体放电管是当电源的电压大于某一数值时，通常为数十V或数百V，气体击穿放电，将电源线上强冲击脉冲导进大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管，当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃上千A的电流。

　　因此，LED电源电磁电磁干扰要控制技术主要有：电路措施、EMI滤波、元器件选择、屏蔽和印制电路板抗干扰设计等。