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電磁兼容(EMC)是在電學(xué)中研究意外電磁能量的產(chǎn)生、傳播和接收,以及這種能量所引起的有害影響。電磁兼容的目標(biāo)是在相同環(huán)境下,涉及電磁現(xiàn)象的不同設(shè)備都能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn),而且不對此環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生難以忍受的電磁干擾之能力。習(xí)慣上說,EMC包含EMI(電磁干擾)和EMS(電磁敏感性)兩個(gè)方面。
電磁干擾(EMI)是指任何在傳導(dǎo)或電磁場伴隨著電壓、電流的作用而產(chǎn)生會(huì)降低某個(gè)裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的性能,或產(chǎn)生不良影響的電磁現(xiàn)象。
LED電源電磁干擾,工程師要考慮的主要方面有:電路措施、EMI濾波、元器件選擇、屏蔽和印制電路板抗干擾設(shè)計(jì)等。
對于設(shè)計(jì)LED電源的工程師來說,電磁干擾問題是一直存在于設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題。如何能解決這個(gè)問題?我們先來看看影響電磁兼容的幾個(gè)因素。
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影響EMC的幾個(gè)因素
(1)驅(qū)動(dòng)電源的電路結(jié)構(gòu)
最初的LED電源就是線性電源,但是線性電源在工作時(shí)會(huì)以發(fā)熱的形式損耗大量能量。線性電源的工作方式,使他從高壓變低壓必須有將壓裝置,一般的都是變壓器,再經(jīng)過整流輸出直流電壓。雖然笨重,發(fā)熱量大,優(yōu)點(diǎn)是,對外干擾小,電磁干擾小,也容易解決。
而現(xiàn)在使用比較多的LED開關(guān)電源,都是以 PWM形式的LED驅(qū)動(dòng)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。在導(dǎo)通時(shí),電壓低,電流大;關(guān)斷時(shí),電壓高,電流小,因此功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗也很小。缺點(diǎn)比較明顯的是,電磁干擾(EMI)也更嚴(yán)重。
(2)開關(guān)頻率
LED電源的電磁兼容出現(xiàn)問題一般是開關(guān)電路的電源中。而開關(guān)電路是開關(guān)電源的主要干擾源之一。
開關(guān)電路是LED驅(qū)動(dòng)電源的核心,開關(guān)電路主要由開關(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。
這種高頻脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是:開關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈,是感性負(fù)載。
圖1:開關(guān)脈沖尖峰的產(chǎn)生
導(dǎo)通瞬間,初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流,并在初級(jí)線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓;斷開瞬間,由于初級(jí)線圈的漏磁通,致使部分能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈,電路中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。
高頻脈沖產(chǎn)生更多的發(fā)射,周期性信號(hào)產(chǎn)生更多的發(fā)射。在LED電源系統(tǒng)中,開關(guān)電路產(chǎn)生電流尖峰信號(hào),而當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電流尖峰信號(hào)。這就電磁干擾根源之一。
(3)接地
在所有EMC題目中,主要題目是不適當(dāng)?shù)慕拥匾鸬?。有三種信號(hào)接地方法:單點(diǎn)、多點(diǎn)和混合。在開關(guān)電路頻率低于1MHz時(shí),可采用單點(diǎn)接地方法,但不適宜高頻;在高頻應(yīng)用中,最好采用多點(diǎn)接地。混合接地是低頻用單點(diǎn)接地,而高頻用多點(diǎn)接地的方法。地線布局是關(guān)鍵,高頻數(shù)字電路和低電平模擬電路的接地電路盡不能混合。
(4)PCB設(shè)計(jì)
適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒?PCB)布線對防止EMI是至關(guān)重要的。
(5)只能LED電源的復(fù)位電路設(shè)計(jì)
在LED電源中,有不少智能LED電源采用單片機(jī)控制,并且有的LED電源采用單片機(jī)控制開關(guān)電路的占空比,單片機(jī)的看門狗系統(tǒng)對整個(gè)LED電源的運(yùn)行起著特別重要的作用,由于所有的干擾源不可能全部被隔離或往除,一旦進(jìn)進(jìn)CPU干擾程序的正常運(yùn)行,那么復(fù)位系統(tǒng)結(jié)合軟件處理措施就成了一道有效的糾錯(cuò)防御的屏障了。
常用的復(fù)位系統(tǒng)有以下兩種:
① 外部復(fù)位系統(tǒng)。外部"看門狗"電路可以自己設(shè)計(jì)也可以用專門的"看門狗"芯片來搭建。這樣,假如程序系統(tǒng)陷進(jìn)一個(gè)死循環(huán),而該循環(huán)中恰巧有著"喂狗"信號(hào)的話,那么該復(fù)位電路就無法實(shí)現(xiàn)它的應(yīng)有的功能了。
?、?現(xiàn)在越來越多的LED電源都帶有自己的片上復(fù)位系統(tǒng),這樣用戶就可以很方便的使用其內(nèi)部的復(fù)位定時(shí)器了,但是,有些智能LED電源的控制電路復(fù)位指令太過于簡單,這樣也會(huì)存在象上述死循環(huán)那樣的"喂狗"指令,使其失往監(jiān)控作用。
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對干擾措施的硬件處理方法
要解決LED驅(qū)動(dòng)電源的電磁干擾問題,可從以下幾個(gè)方面入手:
1. 減少開關(guān)電源本身的干擾
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