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led电源设计emc/emi有哪些难题

文章来源:锐凌光电 -凯发娱乐官网人气:662分布时间:2017-08-14【】

  电磁兼容(emc)是在电学中研讨意外电磁能量的发生、传达和接收,以及这种能量所引起的有害影响。电磁兼容的方针是在相同环境下,触及电磁现象的不同设备都能够正常作业,而且不对此环境中的任何设备发生难以忍受的电磁干扰之才华。习气上说,emc包含emi(电磁干扰)和ems(电磁敏理性)两个方面。
  电磁干扰(emi)是指任安在传导或电磁场伴跟着电压、电流的效果而发生会下降某个设备、设备或体系的功用,或发生不良影响的电磁现象。
  led电源电磁干扰,工程师要考虑的首要方面有:电路办法、emi滤波、元器材挑选、屏蔽和印制电路板抗干扰规划等。
  关于规划led电源的工程师来说,电磁干扰问题是一向存在于规划中的一个要害问题。怎么能处理这个问题?我们先来看看影响电磁兼容的几个要素。
  - 01 -
  影响emc的几个要素
  (1)驱动电源的电路结构
  初步的led电源就是线性电源,可是线性电源在作业时会以发热的办法损耗许多能量。线性电源的作业办法,使他从高压变低压必须有将压设备,一般的都是变压器,再经过整流输出直流电压。虽然粗笨,发热量大,长处是,对外干扰小,电磁干扰小,也简略处理。
  而现在运用比较多的led开关电源,都是以 pwm办法的led驱动电源是让功率晶体管作业在导通和关断状况。在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小,因而功率半导体器材上所发生的损耗也很小。缺陷比较显着的是,电磁干扰(emi)也更严峻。
  (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首要干扰源之一。
  开关电路是led驱动电源的中心,开关电路首要由开关管和高频变压器组成。它发生的du/dt具有较大高低的脉冲,频带较宽且谐波丰富。
  这种高频脉冲干扰发生的首要原因是:开关管负载为高频变压器初级线圈,是理性负载。
  导通瞬间,初级线圈发生很大的涌流,并在初级线圈的两头出现较高的浪涌尖峰电压;断开瞬间,因为初级线圈的漏磁通,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。(http://www.szrlled.com/
  高频脉冲发生更多的发射,周期性信号发生更多的发射。在led电源体系中,开关电路发生电流尖峰信号,而当负载电流变化时也会发生电流尖峰信号。这就电磁干扰根源之一。
  (3)接地
  在一切emc标题中,首要标题是不恰当的接地引起的。有三种信号接地办法:单点、多点和混合。在开关电路频率低于1mhz时,可选用单点接地办法,但不合适高频;在高频运用中,最好选用多点接地。混合接地是低频用单点接地,而高频用多点接地的办法。地线布局是要害,高频数字电路和低电平模仿电路的接地电路尽不能混合。
  (4)pcb规划
  恰当的印刷电路板(pcb)布线对避免emi是至关重要的。
  (5)只能led电源的复位电路规划
  在led电源中,有不少智能led电源选用单片机操控,而且有的led电源选用单片机操控开关电路的占空比,单片机的看门狗体系对整个led电源的作业起着特别重要的效果,因为一切的干扰源不可能全部被阻隔或往除,一旦进进cpu干扰程序的正常作业,那么复位体系结合软件处理办法就成了一道有用的纠错防护的屏障了。
  常用的复位体系有以下两种:
  ① 外部复位体系。外部"看门狗"电路能够自己规划也能够用专门的"看门狗"芯片来建立。这样,假定程序体系陷进一个死循环,而该循环中恰巧有着"喂狗"信号的话,那么该复位电路就无法完成它的应有的功用了。
  ② 现在越来越多的led电源都带有自己的片上复位体系,这样用户就能够很便利的运用其内部的复位定时器了,可是,有些智能led电源的操控电路复位指令太过于简略,这样也会存在象上述死循环那样的"喂狗"指令,使其失往监控效果。
  - 02 -
  对干扰办法的硬件处理办法
  要处理led驱动电源的电磁干扰问题,可从以下几个方面下手:
  1. 削减开关电源本身的干扰
  ① 软开关技能:在原有的硬开关电路中添加电感和电容元件,运用电感和电容的谐振,下降开关过程中的du/dt和di/dt,使开关器材注册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堆叠。
  ② 开关频率调制技能:经过调制开关频率fc,把会集在fc及其谐波2fc、3fc…上的能量松懈到它们周围的频带上,以下降各个频点上的emi幅值。
  ③ 元器材的挑选:挑选不易发生噪声、不易传导和辐射噪声的元器材。一般特别值得注意的是,二极管和变压器等绕组类元器材的选用。反向康复电流小、康复时间短的快速康复二极管是开关电源高频整流部分的志趣器材。
  ④ 合理运用电磁干扰滤波器:emi滤波器的首要意图之一,电网噪声是电磁干扰的一种,它归于射频干扰(rfi),其传导噪声的频谱大致为10khz~30mhz,最高可达150mhz。
  在一般状况下,差模干扰高低小,频率低,所构成的干扰较小;共模干扰高低大,频率高,还能够经过导线发生辐射,所构成的干扰较大。欲削弱传导干扰,最有用的办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电源一般选用简易式单级emi滤波器,首要包含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,因为l中两个线圈的磁通方向相同,经过耦合后总电感量灵敏增大,因而对共模信号出现很大的感抗,使之不简略经过,故称作共模扼流圈。它的两个线圈别离绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上。r为泄放电阻,可将c3上堆集的电荷泄放掉,避免因电荷堆集而影响滤波特性,断电后还能使电源的进线端l、n不带电,确保运用的安全性。
  ⑤ emi滤波器能有用抑制开关电源适配器的电磁干扰
  设置电磁干扰滤波器参加前后传输到负载上的噪声电压别离为u1和u2,计算公式是20lgu1/u2。
  插入损耗用分贝db标明,分贝值愈大,说明抑制噪声干扰的才华愈强。
  测量参加损耗的电路如图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。噪声频率规划可选10khz~30mhz。首要要在不同频率下别离测出参加emi滤波器前后负载两头的噪声压降u1、u2,再代入公式20lgu1/u2计算出每个频点的插入损耗值,毕竟汇出插入损耗曲线。
  2. 堵截干扰信号的传达途径
  ①电源线干扰能够运用电源线滤波器滤除。一个合理有用的开关电源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效果。
  ②改进pcb板的电磁兼容性规划
  pcb是led电源体系中电路元件和器材的支撑件,它供给电路元件和器材之间的电气联接。跟着电子技能的飞速发展,pcb的密度越来越高。pcb规划的好坏对led电源体系的电磁兼容性影响很大。
  实践证明,即使电路原理图规划正确,印刷电路板规划不妥,也会对led电源体系的可靠性发生倒运影响。
  pcb抗干扰规划首要包含pcb布局、布线及接地,其意图是减小pcb的电磁辐射和pcb上电路之间的串扰。
  还有,一般变压器电磁干扰引发的沟通声频率一般为50hz左右,而地线布线不妥导致的沟通声,因为整流电路的倍频效果频率约为100hz,细心差异仍是能够发觉的。
  正确的布线办法是,挑选主滤波电容引脚作为会集接地址,强、弱信号地线严峻差异开,在总接地址汇总。
  因而,在规划印刷电路板的时分,应留心选用正确的办法,遵循pcb规划的一般原则,并应契合抗干扰的规划要求。
  3. 增强受干扰体的抗干扰才华
  在led电源体系中输进/输出也是干扰源的传导线,和接收射频干扰信号的拾检源,我们规划时一般要选用有用的办法:
  ①选用必要的共模/差模抑制电路,一同也要选用必定的滤波和防电磁屏蔽办法以减小干扰的进进。
  ②在条件容许的状况下尽可能选用各种阻隔办法(如光电阻隔或许磁电阻隔),然后阻断干扰的传达。
  ③防雷击办法
  室外运用的led电源体系或从室外架空引入室内的电源线、信号线,要考虑体系的防雷击标题。常用的防雷击器材有: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,一般为数十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能够当作两个并联且方向相反的齐纳二极管,当两头电压高于某一值时导通。其特点是能够瞬态经过数百乃上千a的电流。
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