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LED驅動(dòng)電源的干擾問(wèn)題解決方案
文章來(lái)源:永阜康科技 更新時(shí)間:2018/7/16 12:01:00
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對于LED驅動(dòng)電源的干擾問(wèn)題并不好解決,主要原因是干擾帶來(lái)的影響往往是防不勝防、且難以預測的,面對大小不一的種種干擾如何能把這個(gè)問(wèn)題做好,就需要找到干擾問(wèn)題的根源所在。
一、LED驅動(dòng)電源產(chǎn)生干擾的原因
  LED驅動(dòng)電源首先將工頻交流整流為直流,再逆變?yōu)楦哳l,最后經(jīng)過(guò)整流濾波電路輸出,得到穩定的直流電壓,因此自身含有大量的諧波干擾。同時(shí),由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復電流造成的尖峰,都形成了電磁干擾。開(kāi)關(guān)電源中的干擾源主要集中在電壓、電流變化大的元器件上,突出表現在開(kāi)關(guān)管、二極管、高頻變壓器上面。
 、匍_(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾
  開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的主要干擾源之一。開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的核心(同樣LED路燈電源與LED隧道燈驅動(dòng)電源也一樣),主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的du/dt具有較大幅度的脈沖,頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是:開(kāi)關(guān)管負載為高頻變壓器初級線(xiàn)圈,是感性負載。在開(kāi)關(guān)管導通瞬間,初級線(xiàn)圈產(chǎn)生很大的涌流,并在初級線(xiàn)圈的兩端出現較高的浪涌尖峰電壓;在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)瞬間,由于初級線(xiàn)圈的漏磁通,致使一部分能量沒(méi)有從一次線(xiàn)圈傳輸到二次線(xiàn)圈,儲藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩,疊加在關(guān)斷電壓上,形成關(guān)斷電壓尖峰。電源電壓中斷會(huì )產(chǎn)生與初級線(xiàn)圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變,這種瞬變是一種傳導型電磁干擾,既影響變壓器初級,還會(huì )使傳導干擾返回配電系統,造成電網(wǎng)諧波電磁干擾,從而影響其他設備的安全和經(jīng)濟運行。
 、谡麟娐樊a(chǎn)生的電磁干擾
  整流電路中,在輸出整流二極管截止時(shí)有一個(gè)反向電流,它恢復到零點(diǎn)的時(shí)間與結電容等因素有關(guān)。其中,能將反向電流迅速恢復到零的二極管稱(chēng)為硬恢復特性二極管,這種二極管在變壓器漏感和其他分布參數的影響下將產(chǎn)生較強的高頻干擾,其頻率可達幾十MHz。高頻整流回路中的整流二極管正向導通時(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉向截止時(shí),由于PN結中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì )反向流動(dòng),致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化。
 、鄹哳l變壓器
  高頻變壓器的初級線(xiàn)圈、開(kāi)關(guān)管和濾波電容構成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路可能會(huì )產(chǎn)生較大的空間輻射,形成輻射干擾。如果電容濾波容量不足或高頻特性不好,電容上的高頻阻抗會(huì )使高頻電流以差模方式傳導到交流電源中形成傳導干擾。需要注意的是,在二極管整流電路產(chǎn)生的電磁干擾中,整流二極管反向恢復電流的di/dt遠比續流二極管反向恢復電流的di/dt大得多。作為電磁干擾源來(lái)研究,整流二極管反向恢復電流形成的干擾強度大、頻帶寬。但是,整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠小于功率開(kāi)關(guān)管導通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。因此,也可不計整流二極管產(chǎn)生的│dv/dt│影響,把整流電路當成電磁干擾耦合通道的一部分來(lái)研究。
 、芊植茧娙菀鸬母蓴_
  開(kāi)關(guān)電源工作在高頻狀態(tài),因而其分布電容不可忽略。一方面,散熱片與開(kāi)關(guān)管集電極間的絕緣片接觸面積較大,且絕緣片較薄,因此兩者間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略。高頻電流會(huì )通過(guò)分布電容流到散熱片上,再流到機殼地,產(chǎn)生共模干擾;另一方面,脈沖變壓器的初次級之間存在著(zhù)分布電容,可將原邊電壓直接耦合到副邊上,在副邊作直流輸出的兩條電源線(xiàn)上產(chǎn)生共模干擾。
 、蓦s散參數影響耦合通道的特性
  在傳導干擾頻段(<30MHz),多數開(kāi)關(guān)電源干擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡(luò )來(lái)描述的。但是,開(kāi)關(guān)電源中的任何一個(gè)實(shí)際元器件,如電阻、電容、電感乃至開(kāi)關(guān)管、二極管都包含有雜散參數,且研究的頻帶愈寬,等值電路的階次愈高。因此,包括各元器件雜散參數和元器件間的耦合在內的開(kāi)關(guān)電源的等效電路將復雜得多。在高頻時(shí),雜散參數對耦合通道的特性影響很大,分布電容的存在成為電磁干擾的通道。另外,在開(kāi)關(guān)管功率較大時(shí),集電極一般都需加上散熱片,散熱片與開(kāi)關(guān)管之間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略,它能形成面向空間的輻射干擾和電源線(xiàn)傳導的共模干擾。
二、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的控制技術(shù)
  要解決開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾問(wèn)題,可從3個(gè)方面入手:1)減小干擾源產(chǎn)生的干擾信號;2)切斷干擾信號的傳播途徑;3)增強受干擾體的抗干擾能力。因此,開(kāi)關(guān)電源電磁電磁干擾要控制技術(shù)主要有:電路措施、EMI濾波、元器件選擇、屏蔽和印制電路板抗干擾設計等。
 、贉p少開(kāi)關(guān)電源本身的干擾
  軟開(kāi)關(guān)技術(shù):在原有的硬開(kāi)關(guān)電路中增加電感和電容元件,利用電感和電容的諧振,降低開(kāi)關(guān)過(guò)程中的du/dt和di/dt,使開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通時(shí)電壓的下降先于電流的上升,或關(guān)斷時(shí)電流的下降先于電壓的上升,來(lái)消除電壓和電流的重疊。
  開(kāi)關(guān)頻率調制技術(shù):通過(guò)調制開(kāi)關(guān)頻率fc,把集中在fc及其諧波2fc、3fc…上的能量分散到它們周?chē)念l帶上,以降低各個(gè)頻點(diǎn)上的EMI幅值。該方法不能降低干擾總量,但能量被分散到頻點(diǎn)的基帶上,從而使各個(gè)頻點(diǎn)都不超過(guò)EMI規定的限值。為了達到降低噪聲頻譜峰值的目的,通常有兩種處理方法:隨機頻率法和調制頻率法!
  元器件的選擇:選擇不易產(chǎn)生噪聲、不易傳導和輻射噪聲的元器件。通常特別值得注意的是,二極管和變壓器等繞組類(lèi)元器件的選用。反向恢復電流小、恢復時(shí)間短的快速恢復二極管是開(kāi)關(guān)電源高頻整流部分的理想器件。
  共模干擾的有源抑制技術(shù):設法從主回路中取出一個(gè)與導致電磁干擾的主要開(kāi)關(guān)電壓波形完全反相的補償EMI噪聲電壓,并用它去平衡原開(kāi)關(guān)電壓。
  濾波:EMI濾波器的主要目的之一,就是要在150kHz~30MHz的頻段范圍獲得較高的插入損耗,但對頻率為50Hz工頻信號不產(chǎn)生衰減,使額定電壓、電流順利通過(guò),同時(shí)還必須滿(mǎn)足一定的尺寸要求。任何電源線(xiàn)上的傳導干擾信號,均可用差模和共模信號來(lái)表示。在一般情況下,差模干擾幅度小,頻率低,所造成的干擾較;共模干擾幅度大,頻率高,還可以通過(guò)導線(xiàn)產(chǎn)生輻射,所造成的干擾較大。因此,欲削弱傳導干擾,把EMI信號控制在有關(guān)EMC標準規定的極限電平以下,最有效的方法就是在開(kāi)關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝電磁干擾濾波器。
  PCB設計:PCB抗干擾設計主要包括PCB布局、布線(xiàn)及接地,其目的是減小PCB的電磁輻射和PCB上電路之間的串擾。開(kāi)關(guān)電源布局的最佳方法與其電氣設計類(lèi)似。在確定PCB的尺寸形狀后,再確定特殊元器件(如各種發(fā)生器、晶振等)的位置。最后,根據電路的功能單元,對電路的全部元器件進(jìn)行布局。
  減小電磁干擾的緩沖電路:其由線(xiàn)性阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )組成,作用是消除在供電電力線(xiàn)內潛在的干擾,包括電力線(xiàn)干擾、電快速瞬變,電涌,電壓高低變化和電力線(xiàn)諧波等。這些干擾對一般穩壓電源來(lái)說(shuō),影響不是很大,但對高頻開(kāi)關(guān)電源的影響顯著(zhù)。
 、谇袛喔蓴_信號的傳播途徑—共模、差模電源線(xiàn)濾波器設計
  電源線(xiàn)干擾可以使用電源線(xiàn)濾波器濾除。一個(gè)合理有效的開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器應該對電源線(xiàn)上差模和共模干擾都有較強的抑制作用。
 、墼鰪娒舾须娐返目垢蓴_能力

 
 
 
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