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开关电源产品的研发过程中,LED电源的EMC设计在整个产品研发过程中都是非常重要的一环。电源工程师最迷糊的事情恐怕就是EMC了,也是不同功率的开关电源所共同具备的一个棘手问题。EMC又称为电磁兼容.由于如今开关电源的速度越来越快,功率越来越高,必然会发生搅扰疑问,咱们就要处理这个搅扰。搅扰分为两个方面,一个是搅扰别的的电器商品,简称EMI电磁搅扰;另一个是被别的电器商品搅扰,也叫抗搅扰性简称EMC.

一、电源板EMC要点
1.整体布局基于信号流向,优选一字型布局,可选U型布局(但需尽量拉开输入输出线路间距离块交叉;
2.滤波器靠近出线端子放置,保证端子到滤波器间布线最短;滤波器输入输出分开,走线不要靠 波器必须远离变压器、功率开关管散热器等高干扰器件,必要时需采取滤波器屏蔽措施;输入滤波器拓扑(电路见附1),推荐值共模电容(470pF)、差模电容(1uF)、共模电感(5~30mH考虑线组绕制容)、差模电容(1uF)、共模电容(4.7nF)、共模电感(5~30mH考虑线组绕制寄生电容);输出滤量在主要功率输出一路加装共模电感(感值不要求太大,滤除高频及减小整流管反向恢复电流),靠口加装共模电容(10nF瓷片耐压1KVDC);
3.尽量减小防护电路(保险管、压敏电阻、气体放电管、缓冲电阻等)占用主电路的长度,先防 其安装方式,如将保险管竖立放置,元器件保证性能的情况下尽量选择封装小的型号等;减小滤波器 间距离;保险丝、滤波元件、防雷元件布线短,布局紧凑;
4.主功率变压器、主功率开关管散热器、输出整流散热器、谐振电感、功率电流环路、驱动变压输入、输出端口及输入、输出滤波器件;
5.敏感信号的滤波电容要放近芯片接收管脚(如电压、电流采样信号、防雷线路);所有滤波和吸放置原则;吸收电阻尽量采取金属电阻小封装;
6.初级母线滤波电容-主功率变压器初级线组-主功率管布局紧凑利于布线,主功率变压器次级-滤波电容布局紧凑利于布线;
7.对于同一差分线对上的滤波器件同层、就近、并行、对称放置
8.主功率管散热器接初级直流地,输出整流散热器接保护地

二、辐射干扰(Radiated Interference)是通过空间并以电磁波的特性和规律传播的。但不是任何装置都能辐射电磁波的。传导干扰(Conducted Interference)是沿着导体传播的干扰。所以传导干扰的传播要求在干扰源和接收器之间有一完整的电路连接。
电磁兼容三要素:任何电磁兼容性问题都包含三个要素,即干扰源、敏感源和耦合路径,这三个要素中缺少一个,电磁兼容问题就不会存在。
产生电磁干扰的条件: 突然变化的电压或电流,即dV/dt或dI/dt很大;辐射天线或传导导体。
电磁兼容标准对设备的要求有两个方面:一个是工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响,另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感。前一个方面的要求称为干扰发射要求,后一个方面的要求称为敏感度要求。
电磁能量从设备内传出或从外界传入设备的途径只有两个,一个是以电磁波的形式从空间传播,另一个是以电流的形式沿导线传播。因此,电磁干扰发射可以分为:传导发射和辐射发射;敏感度也可以分为传导敏感度和辐射敏感度。

三、究竟哪些因素会对LED电源EMC产生影响

1.驱动电源的电路结构

LED电源的电路结构设计是对EMC电磁兼容性影响最大的因素之一,不同结构的驱动电源,其电磁兼容性的优劣也是不一样的。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,不仅笨重,发热量也非常大,优点是对外干扰小,电磁干扰小,也容易解决。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电源的电磁兼容性还会受到一个因素的影响,那就是开关频率问题。一旦出现电磁兼容故障,那么这种情况一般会发生在开关电路的电源中。而开关电路是开关电源的主要干扰源之一。

作为LED驱动电源的核心,目前所用到的电源开关电路主要由开关管和高频变压器组成。在工作中,它所产生的du/dt具有较大幅度的脉冲,频带较宽且谐波丰富。之所以驱动电源会产生这种高频脉冲干扰,其原因就在于开关电路的开关管负载为高频变压器初级线圈,是一种感性负载。在开关电源导通的瞬间,LED驱动电源内部的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。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。

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四、开关电源电磁干扰的产生机理及其传播途径
  功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因。开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量,另一方面也导致了更为严重的EMI问题。开关电源工作时,其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的,因此,开关电源本身是一个噪声发生源。开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源,或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。现在按噪声干扰源来分别说明: 
1、二极管的反向恢复时间引起的干扰 
    交流输入电压经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压,经电容平滑后变为直流,但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。由电流波形可知,电流中含有高次谐波。大量电流谐波分量流入电网,造成对电网的谐波污染。另外,由于电流是脉冲波,使电源输入功率因数降低。
高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。
2、开关管工作时产生的谐波干扰 
    功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在 阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐 波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生 尖峰干扰。 
3、交流输入回路产生的干扰 
    高频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。 
4、其他原因 
   元器件的寄生参数,开关电源的原理图设计不够完美,印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布 置,具有很大的随意性,PCB的近场干扰大,并且印刷板上器件的安装、放置,以及方位的不合理都会造成EMI干扰。这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。




保证电磁兼容性是一个综合性的任务,需要在不同的等级上采取不同的方法和措施。通常要考虑在元件级、部件级、设备级、系统级和业务级上保证电磁兼容性的工作。在许多情况下只有采取特殊的方法才能保证电气、电子设备或电子系统的电磁兼容性。


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| 发布时间:2017.07.25    来源:电源厂家
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