在本文中，我們將探討離線供電 LED 燈中的 EMI（電磁干擾），重點(diǎn)關(guān)注美國住宅中使用的具有 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)螺口底座的燈。
　　ENERGY STAR、FCC 和 EMI
　　作為 ENERGY STAR 合作伙伴的 LED 燈制造商必須滿足多項(xiàng)要求，包括功率因數(shù)、FCC CFR 第 15 部分傳導(dǎo)和輻射 EMI、符合 ANSI/IEEE C62.41-1991 的瞬態(tài)保護(hù)以及符合 ANSI/UL 1993-2009 的產(chǎn)品安全。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)目標(biāo)是以最低成本滿足所有這些要求，為此，我們希望最大限度地減少 EMI 濾波器元件數(shù)量，而不是設(shè)計(jì)過多的 EMI 衰減裕度。使用 SPICE 仿真，我們可以粗略地進(jìn)行 EMI 濾波器設(shè)計(jì)，并在進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)室測試之前了解權(quán)衡。
　　EMI 接收器和 SPICE 仿真
　　使用 SPICE 仿真的 EMI 圖 EMI 的 FFT 圖并不總是與實(shí)際測量結(jié)果相符。然而，它們對(duì)于粗略地進(jìn)行 EMI 濾波器設(shè)計(jì)并了解每個(gè)濾波器組件的作用非常有用。FCC 測試允許使用 QP（準(zhǔn)峰值）或平均值檢測，并將 EMI 接收器設(shè)置為其中之一。然而，SPICE FFT 頻域仿真繪制了每個(gè)頻譜分量的 RMS 幅度，這可能導(dǎo)致測量的 EMI 和仿真的 EMI 之間存在差異。此外，對(duì)于在 EMI 接收器中只有一條譜線的 EMI 噪聲源，測量和模擬的 RBW（分辨率帶寬）可能一致。但是，當(dāng)接收器 RBW 中存在多條譜線時(shí)，仿真將低估幅度。為了糾正這個(gè)問題，將每條譜線（在接收器 RBW 中）的模擬功率相加。例如，在 PF 校正反激式轉(zhuǎn)換器中，9 kHz RBW 中可能有 75 條譜線，間隔 120 Hz。如果每條譜線幅度相等，則添加到模擬結(jié)果的校正因子為 10LOG(75) = 19 dB。
　　DM 噪聲和等效 DM 噪聲源
　　由于電壓和電流快速轉(zhuǎn)換，PF 控制的 LED 驅(qū)動(dòng)器的 SPICE 仿真可能需要幾分鐘才能運(yùn)行。為了快速粗略設(shè)計(jì) EMI 濾波器并探索濾波器拓?fù)浜驮r(jià)值權(quán)衡，需要更快的仿真。這可以通過用圖 2 的等效噪聲源電路替換圖 1 的 LED 驅(qū)動(dòng)電路來完成。最快的模擬是通過使用正弦波電流源并調(diào)整其頻率和幅度，使基頻信號(hào)在LED 驅(qū)動(dòng)電路和等效噪聲源電路的 LISN RX 端口是相同的。
　　Pi 濾波器通常與開關(guān)處的電容器一起使用，為開關(guān)電流提供本地電荷源，用于開關(guān)頻率串聯(lián)阻抗的串聯(lián)電感器，以及交流線路或 LISN 上的電容器，如圖 1 所示。請(qǐng)注意，為了有效，線路電容器的阻抗應(yīng)遠(yuǎn)低于 100 歐姆差分 LISN 阻抗。對(duì)于 100 kHz 開關(guān)噪聲，該電容器可以為 0.1 F 或更大。請(qǐng)注意，總濾波電容可能會(huì)對(duì) ENERGY STAR 功率因數(shù) ≥0.70 的要求產(chǎn)生不利影響。例如，10 瓦負(fù)載上 1μF 的濾波電容（具有 1 的 PF）將導(dǎo)致 PF 為 0.9?？紤]到這些限制，10 瓦負(fù)載的總濾波電容可能應(yīng)不小于 0.1 F 且不大于 1.0 F。
　

   等效共模噪聲源

　　圖 3 的電路對(duì)通過 LED 接地電容耦合在開關(guān)和接地之間的 CM 噪聲電流進(jìn)行了建模。雖然該電容僅為 1 pF 量級(jí)，但可以耦合足夠的噪聲電流，從而使 FCC 傳導(dǎo)和輻射 EMI 降低數(shù)十分貝。與 DM 仿真一樣，CM 仿真可能是一個(gè)緩慢的仿真，而等效噪聲模型可以顯著加快設(shè)計(jì)過程。

　　　

    CM 噪聲 SPICE 模型如圖 3 所示。重要的元件值是變壓器初級(jí)到次級(jí)電容 (XFMR C)、LED 接地電容 (LED CM C) 和 EMI Y 電容 ( Y-CAP）。FET 漏極處的快速 dv/dt 通過變壓器電容和 LED 接地電容將噪聲電流耦合到地并通過 LISN 返回。Y 電容為大部分噪聲電流提供返回源（即 FET 漏極）的本地路徑。Y 電容的噪聲衰減等于 Y 電容電容除以變壓器電容。如果使用 1000 pF Y 電容和 10 pF 變壓器，則衰減為 100X 或 40 dB。

　　對(duì)于額外的 CM 過濾，可以添加 CM 扼流圈。為了有效，CM 扼流圈阻抗必須大于 LED 到地阻抗。由于實(shí)際扼流圈的阻抗可能約為 5k 歐姆，并且 LED 接地電容可能為 1 pF，因此 CM 扼流圈可能僅在 30 MHz 以上有效。因此，雖然 CM 扼流圈可能無法降低 0.15 – 30 MHz 測試范圍內(nèi)的傳導(dǎo)噪聲，但它可以降低 30 – 200 MHz 范圍內(nèi)的輻射噪聲。

　　　

     圖 4 的等效 CM 噪聲模型可以通過額外的 DM 電感器（圖 5）或 CM 扼流圈（圖 6）進(jìn)行修改。

　　　

   　其他 EMI 緩解方法

　　除了濾波之外，還有其他方法可以降低 EMI。通過增加?xùn)艠O電阻值，可以延長 FET 漏極上升/下降時(shí)間，從而降低 HF 噪聲。代價(jià)是 FET 功耗增加。通過添加 RC 緩沖器可以減少 FET 漏極處的振鈴（由雜散 L 和 C 引起）。變壓器初級(jí)到次級(jí)的電容耦合可以通過靜電屏蔽來減少，但這對(duì)于消費(fèi)類 LED 燈來說可能太昂貴了。
　　輻射電磁干擾
　　通過 FCC 傳導(dǎo) EMI 是否意味著產(chǎn)品將通過 FCC 輻射 EMI？不必要。在 30 MHz 時(shí)，F(xiàn)CC B 級(jí)傳導(dǎo) EMI 限制線為 48 dBμV，而在 10 米距離處輻射 EMI 限制線為 29.5 dBμV/m。25 歐姆 CM LISN 阻抗上的 48 dBμV 是 10 uA 的射頻電流。使用 EZNEC 軟件對(duì)典型的 FCC 測試設(shè)置進(jìn)行建模，使用 10 A 的 30 MHz RF 電流驅(qū)動(dòng)電源線形成的“天線”，產(chǎn)生 30 dBV/m 的輻射場。這正好位于輻射限制線處，并且有幾 dB 的傳導(dǎo)余量就更好了。
　　瞬態(tài)保護(hù)
　　ENERGY STAR 線路瞬態(tài)保護(hù)指定 ANSI/IEEE C.62.41-1991 100 kHz 振鈴波、A 級(jí)、2.5 kV 電平。雖然可以使用足夠的 EMI 濾波器電容來吸收這種瞬態(tài)，但采用 SPS/TVSS 的鉗位電路可能是一種成本較低的解決方案。圖 7 的 100 kHz 環(huán)形波電路在開關(guān) FET 上產(chǎn)生 180 伏尖峰（圖 8），與使用適當(dāng)?shù)?SPS/TVSS 保護(hù)相比，需要更高電壓的 FET。
　

　

   　概括

　　我們對(duì) EMI、LED 驅(qū)動(dòng)器如何產(chǎn)生以及如何控制它進(jìn)行了基本了解。我們還研究了 EMI 濾波器如何影響功率因數(shù)以及 EMI 濾波器如何響應(yīng)瞬態(tài)。此信息應(yīng)該為您提供工具，以最大限度地降低產(chǎn)品成本，同時(shí)滿足適用的 ENERGY STAR 要求。