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當前位置:深圳市楚英豪科技有限公司>>技術文章>>LED電源中電磁兼容性的設計方案
各類電源產(chǎn)品在設計階段均需兼顧電磁兼容性能,LED 燈具產(chǎn)品對此項要求尤為突出。歷經(jīng)行業(yè)發(fā)展,針對 LED 燈具電磁干擾的檢測、評定與存檔相關規(guī)范已陸續(xù)落地成型。
未經(jīng)管控的電磁干擾極易引發(fā)各類故障問題,近期我便遇到了相關實例:自家車庫電動開門器原配 E27 白熾燈損毀,更換新式 LED 燈泡后燈具可正常點亮,但車庫遙控開門功能失效,由此能夠判定,LED 燈具向外輻射的電磁波干擾了車庫門配套無線電控模組。
開關電源的電磁輻射分為傳導騷擾與輻射騷擾兩類,LED 驅動電源產(chǎn)生的電磁干擾,既可經(jīng)由供電線纜傳導,也能依托磁耦合、容性耦合竄入周邊線路。這類干擾雖極少造成器件損毀,但極易致使鄰近電氣組件出現(xiàn)工作異常。
綜上,把產(chǎn)品電磁輻射控制在較低水平具備實際意義,而相關合規(guī)要求各區(qū)域均有明確規(guī)范。歐盟在售全品類電氣電子產(chǎn)品必須加貼 CE 標識,該標識代表產(chǎn)品滿足歐盟安全、健康及環(huán)保相關法令,唯有達標產(chǎn)品才可在歐洲經(jīng)濟區(qū)上市流通;全球其余地區(qū)也出臺了多項電磁兼容準入規(guī)范,典型代表有 UL、CSA 等認證標準。
針對 LED 燈具的安全性能與電磁干擾,現(xiàn)行配套標準品類繁多,CISPR 11 是其中核心規(guī)范之一,CISPR 即國際無線電干擾特別委員會。除此之外,ISO、IEC、FCC、CENELEC、SAE 等機構也參照 CISPR 基準,制定了各類衍生規(guī)章與行業(yè)準則。
加裝外接電源濾波器是抑制傳導發(fā)射的成熟方案,該器件能夠濾除線路中的共模噪聲與差模噪聲,適用頻段大多在 30MHz 以內(nèi)。不過濾波器的研發(fā)設計存在不小難度,多數(shù)產(chǎn)品僅針對特定頻段優(yōu)化,在其余工作頻段中,元器件寄生參數(shù)會改變器件固有性能,進而影響濾波效果。舉例來說,適配 100kHz 開關電源的濾波器可高效抑制該頻點輻射,但開關電源往往會在超寬頻段產(chǎn)生干擾,尤其 10MHz 以上高頻區(qū)間干擾突出,此時受寄生參數(shù)與諧振現(xiàn)象影響,該款濾波器反而會加劇電磁輻射。
PCB 布線、無源元器件自帶的寄生電感與寄生電容,是決定高頻輻射抑制效果的關鍵參數(shù),30MHz 至標準限定上限區(qū)間的輻射騷擾整改難度偏高,需要設計者具備充足的行業(yè)經(jīng)驗與專業(yè)儲備。LED 驅動電源更是高頻輻射高發(fā)品類,產(chǎn)品普遍采用 LED 串聯(lián)驅動方案,串聯(lián)回路會占用大面積 PCB 空間,線路布局極易形成等效天線,大幅提升電磁波向外輻射效率;加之 LED 需要透光,無法采用金屬屏蔽罩做電路屏蔽,屏蔽方案成本高、落地難度大,因此從源頭削減輻射發(fā)射量是解決思路。
在帶內(nèi)置電源的 LED 燈泡研發(fā)階段,可通過下述幾種方式優(yōu)化產(chǎn)品電磁兼容表現(xiàn):
●在電源輸入、輸出端口統(tǒng)一加裝濾波器:在未明確產(chǎn)品實際干擾頻譜的前提下選型用料,容易選用規(guī)格冗余的元器件,拉高物料與生產(chǎn)成本。
●沿用成熟定型的濾波器方案,放棄針對性定制優(yōu)化:該做法同樣會帶來元器件成本偏高的問題,且濾波器無法貼合產(chǎn)品工況,濾波性能難以達到。
●外包專業(yè)工程師定制濾波器:需要長期維系外部技術資源,會額外增加項目研發(fā)開支。
●優(yōu)先選用原生低輻射、電磁兼容指標優(yōu)異的量產(chǎn)開關穩(wěn)壓芯片:依托芯片自身優(yōu)良 EMC 屬性,可大幅縮減甚至省去外圍濾波器件。
市面上絕大多數(shù) LED 驅動采用升壓拓撲結構,圖 1 為升壓電路原理示意圖。升壓變換器輸入端傳導發(fā)射水平普遍偏低,輸入回路無脈沖式電流(圖示藍色電流環(huán)路);但輸出端脈沖電流流經(jīng)續(xù)流二極管(圖示紅色電流環(huán)路),致使輸出側騷擾強度偏高。功率開關管導通期間電感儲能,續(xù)流二極管無電流通過,負載所需電能全部由輸出電容供給。
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