薛 旦，許 璞，黃 情

（1.上海瀚唯科技有限公司，上海 楊浦 200438；2.上海無線電設(shè)備研究所，上海 楊浦 200090）

隨著我國“十城萬盞”計(jì)劃、淘汰白熾燈計(jì)劃的實(shí)行，高亮度白光LED（high-brightnesswhite LED，HBWLED）以其節(jié)能、環(huán)保、壽命長三大優(yōu)勢，正逐步取代傳統(tǒng)節(jié)能燈管，在商場、辦公樓、道路等場所得到廣泛應(yīng)用。目前白光LED的效率已突破150 LM/W，LED燈具的節(jié)能得到了世界各國的普遍重視。在我國，照明已占到用電總量的10%以上，因此推廣LED的應(yīng)用對能源緊缺的世界各國具有十分重要的意義[1]。

LED技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已不斷成熟，其光效、壽命及可靠性得到了長足進(jìn)步。而在LED燈具中，驅(qū)動電源已成為LED應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。目前絕大多數(shù)LED驅(qū)動電源采用了PWM開關(guān)型直流變換結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)小型化、高效率的恒流工作方式以滿足LED工作需要。然而PWM開關(guān)型直流變換結(jié)構(gòu)由于存在高頻開關(guān)與振蕩電路，不可避免地將產(chǎn)生大量諧波以及電磁干擾[2]，這對于LED照明在醫(yī)院、地鐵等公共場所以及電磁兼容敏感區(qū)域的應(yīng)用帶來了極大限制。

因此本文針對地鐵等場所的電磁兼容要求，分析了基于單級反激式LEDPWM開關(guān)型驅(qū)動電源結(jié)構(gòu)[3]，提出了高效的電磁兼容解決方案。本方案有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)緊湊，滿足燈具小型化；

（2）諧波失真低，滿足低諧波要求；

（3）具有成本優(yōu)勢。

1 驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)

1.1 基于SY5800A主控芯片的開關(guān)電路

圖1為采用SY5800A的PWM開關(guān)型直流變換器原理圖，可以看出該結(jié)構(gòu)的控制芯片采用10腳封裝，是一款采用前級反饋、帶有功率因數(shù)校正（PFC）功能的LED照明自適應(yīng)芯片。芯片允許最高可達(dá)到400 V的直流輸入，且反饋?zhàn)儞Q器工作在準(zhǔn)諧振狀態(tài)，具有較高的系統(tǒng)效率。

圖1 基于SY5800A的LED驅(qū)動電源

該電路主要參數(shù)與特點(diǎn)有：

（1）驅(qū)動電流高達(dá)1A，并在低電壓下開通MOSFET，減少了開關(guān)損耗；

（2）具有逐周期保護(hù)功能，在每個周期內(nèi)進(jìn)行檢測以實(shí)現(xiàn)峰值電流控制；

（3）輸入電壓范圍為AC85～264 V，輸出為38 V/400mA。

1.2 主要參數(shù)設(shè)計(jì)

SY5800A同樣采用了反激式PWM開關(guān)結(jié)構(gòu)，因此根據(jù)開關(guān)電源高頻變壓器的基本理論[4]，電路主要設(shè)計(jì)如下：

2 電磁兼容設(shè)計(jì)

2.1 輸入濾波器設(shè)計(jì)

圖2中的輸入濾波器包括差模濾波器和共模濾波器，分別用于抑制差模與共模干擾，一般采用組合形式來提高濾波效果。

其中共模濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

圖2 加入輸入濾波器后的EMI對比測試圖

采用上述濾波器后電路EMI測試對比如下：

圖中深色為插入Filter前的EMI噪聲曲線，淺色為插入Filter后的噪聲曲線。可以看到采用差、共模濾波器能極大減少電磁輻射，是有效的電磁兼容手段。

1.3 開關(guān)電路EMI抑制

PWM電路采用高速驅(qū)動MOS管進(jìn)行開關(guān)來實(shí)現(xiàn)輸出變換，MOS管上的電壓波形如圖3所示。

圖3 MOS管開關(guān)電壓波形

如圖3所示，MOSFET動作時(shí)產(chǎn)生的噪聲，主要來自三個方面：

（1）Mosfet開通、關(guān)斷時(shí)，具有很寬的頻譜含量，開關(guān)頻率的諧波本身就是較強(qiáng)的干擾源。

（2）關(guān)斷時(shí)的振蕩1產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。

（3）關(guān)斷時(shí)的振蕩2產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。

對于振蕩1，在開關(guān)管Q1關(guān)斷，副邊二極管D1導(dǎo)通時(shí)（帶載），原邊的勵磁電感被鉗制，原邊漏感Lep的能量通過Q1的寄生電容Cds進(jìn)行放電，主放電回路為Lep—Cds—Rs—C1—Lep，此時(shí)產(chǎn)生振蕩振蕩的頻率為：

振蕩2發(fā)生在MosfetQ1關(guān)斷，副邊二極管由通轉(zhuǎn)向關(guān)斷，原邊勵磁電感被釋放（這時(shí)Cds被充至2Vc1），Cds和原邊線圈的雜散電容Clp為并聯(lián)狀態(tài)，再和原邊電感Lp（勵磁電感和漏感之和）發(fā)生振蕩。放電回路同振蕩1。振蕩頻率為：

因此，可以從以下2方面進(jìn)行電磁兼容的改進(jìn)：

1）選開關(guān)速度較平緩的MOSFET，或通過增大驅(qū)動電阻降低開關(guān)速度。

圖4 加大驅(qū)動電阻后的EMI對比圖

途中深色曲線為47歐姆的驅(qū)動電阻時(shí)的電路EMI特性，淺色曲線為62歐姆的驅(qū)動電阻時(shí)的電路EMI特性?？梢钥闯?，增大驅(qū)動電阻的措施在低頻段效果不明顯，而在高頻段（>8MHz），62歐姆的驅(qū)動電阻明顯好于47歐姆的驅(qū)動電阻，有一定的效果。

2）通過變壓器采用三明治繞法、在變壓器的繞組上加吸收電路、減小Q1D極到變壓器的引線長度等方法減小變壓器漏感。

圖5 減小變壓器漏感后的EMI對比圖

圖5 中深色為減小變壓器漏感前的EMI特性曲線，淺色為減小變壓器漏感后的EMI特性曲線?？梢钥闯鲈诘皖l段的EMI特性隨著漏感的減小有明顯改善。

2.2 噪聲耦合抑制

PWM電路的電磁干擾傳播途徑主要是通過變壓器的雜散電容Ctx、Mosfet/Diode到散熱片的雜散電容Cm/Cd、及散熱片到地的雜散電容Ce等途徑而耦合到LISN被取樣電阻所俘獲。

因此針對噪聲耦合回路，可采取以下措施降低電路EMI：

（1） 原、副邊地之間增加Y電容。

通過原副邊之間的Y電容，形成噪聲回路，一是為Mosfet動作產(chǎn)生且串到變壓器副邊的噪聲電流，提供一個低阻抗的回路，減小到地的電流。二是為二次側(cè)Diode產(chǎn)生的且串到變壓器原邊的noise電流提供低阻抗回路，從而減小流過LISN的電流。

圖6 增加Y電容后的EMI對比圖

從圖6中可以看到增加Y電容后EMI特性得到明顯改善，在低頻段（<10MHz）尤為明顯。

（2）變壓器加法拉第銅環(huán)

變壓器是噪聲傳播的主要通道之一，其中初級線圈和次級線圈間雜散電容Ctx是重要因素。而在變壓器內(nèi)部加法拉第銅環(huán)可以有效減小Ctx，從而抑制干擾。

圖7 增加法拉第銅環(huán)后的EMI對比圖

從圖7中可以看到，增加法拉第銅環(huán)后幾乎各頻段的EMI特性都得到改善。

2.3 改進(jìn)后的結(jié)果

通過以上措施改進(jìn)后的LED驅(qū)動電源實(shí)物如圖8所示。

該電源的電磁兼容實(shí)測結(jié)果如圖9所示。

圖9 基于SY5800A驅(qū)動電源EMI測試圖

3 結(jié)束語

基于PWM模式的LED照明驅(qū)動的特點(diǎn)，以基于SY5800的驅(qū)動電路為參照，分析了電磁干擾及其傳輸路徑，通過電路改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了良好的電磁兼容性能，測試證明改進(jìn)措施可靠有效，并可廣泛應(yīng)用于各種LED驅(qū)動產(chǎn)品中。

[1]竇林平.國內(nèi)LED照明應(yīng)用探討[J].照明工程學(xué)報(bào)，2011，22（06）：51-58.

[2]鐘遠(yuǎn)生.LED照明產(chǎn)品電磁兼容測試項(xiàng)目要求[J].電氣技術(shù)，2012，35（05）：92-93.

[3]朱明杰.開關(guān)電源的電磁兼容設(shè)計(jì)[J].電氣開關(guān)，2009，8（06）：20-22.

[4]陳 洋，段哲民，郭 龍.反激式變換器拓?fù)涞腖ED電源設(shè)計(jì) [J].電子設(shè)計(jì)工程，2014，28（02）：95-97.