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离线供电 LED 灯中 EMI 的理论研究
接线图
2023年09月27日 22:09 216
admin
在本文中，我们将探讨离线供电 LED 灯中的 EMI（电磁干扰），重点关注美国住宅中使用的具有 ANSI 标准螺口底座的灯。
在本文中，我们将探讨离线供电 LED 灯中的 EMI（电磁干扰），重点关注美国住宅中使用的具有 ANSI 标准螺口底座的灯。
ENERGY STAR、FCC 和 EMI
作为 ENERGY STAR合作伙伴的 LED 灯制造商必须满足多项要求，包括功率因数、FCC CFR 第 15 部分传导和辐射 EMI、符合 ANSI/IEEE C62.41-1991 的瞬态保护以及符合 ANSI/UL 1993-2009 的产品安全。标准设计目标是以最低成本满足所有这些要求，为此，我们希望最大限度地减少 EMI 滤波器元件数量，而不是设计过多的 EMI 衰减裕度。使用 SPICE 仿真，我们可以粗略地进行 EMI 滤波器设计，并在进行实际实验室测试之前了解权衡。
EMI 接收器和 SPICE 仿真
使用 SPICE 仿真的 EMI 图 EMI 的 FFT 图并不总是与实际测量结果相符。然而，它们对于粗略地进行 EMI 滤波器设计并了解每个滤波器组件的作用非常有用。FCC 测试允许使用 QP（准峰值）或平均值检测，并将 EMI 接收器设置为其中之一。然而，SPICE FFT 频域仿真绘制了每个频谱分量的 RMS 幅度，这可能导致测量的 EMI 和仿真的 EMI 之间存在差异。此外，对于在 EMI 接收器中只有一条谱线的 EMI 噪声源，测量和模拟的 RBW（分辨率带宽）可能一致。但是，当接收器 RBW 中存在多条谱线时，仿真将低估幅度。为了纠正这个问题，将每条谱线（在接收器 RBW 中）的模拟功率相加。例如，在 PF 校正反激式转换器中，9 kHz RBW 中可能有 75 条谱线，间隔 120 Hz。如果每条谱线幅度相等，则添加到模拟结果的校正因子为 10LOG(75) = 19 dB。
DM 噪声和等效 DM 噪声源
由于电压和电流快速转换，PF 控制的 LED 驱动器的 SPICE 仿真可能需要几分钟才能运行。为了快速粗略设计 EMI 滤波器并探索滤波器拓扑和元件价值权衡，需要更快的仿真。这可以通过用图 2 的等效噪声源电路替换图 1 的 LED 驱动电路来完成。最快的模拟是通过使用正弦波电流源并调整其频率和幅度，使基频信号在LED 驱动电路和等效噪声源电路的 LISN RX 端口是相同的。 Pi 滤波器通常与开关处的电容器一起使用，为开关电流提供本地电荷源，用于开关频率串联阻抗的串联电感器，以及交流线路或 LISN 上的电容器，如图 1 所示。请注意，为了有效，线路电容器的阻抗应远低于 100 欧姆差分 LISN 阻抗。对于 100 kHz 开关噪声，该电容器可以为 0.1 ?F 或更大。请注意，总滤波电容可能会对 ENERGY STAR? 功率因数 ≥0.70 的要求产生不利影响。例如，10 瓦负载上 1μF 的滤波电容（具有 1 的 PF）将导致 PF 为 0.9。考虑到这些限制，10 瓦负载的总滤波电容可能应不小于 0.1 F 且不大于 1.0 F。
在本文中，我们将探讨离线供电 LED 灯中的 EMI（电磁干扰），重点关注美国住宅中使用的具有 ANSI 标准螺口底座的灯。
ENERGY STAR、FCC 和 EMI
作为 ENERGY STAR合作伙伴的 LED 灯制造商必须满足多项要求，包括功率因数、FCC CFR 第 15 部分传导和辐射 EMI、符合 ANSI/IEEE C62.41-1991 的瞬态保护以及符合 ANSI/UL 1993-2009 的产品安全。标准设计目标是以最低成本满足所有这些要求，为此，我们希望最大限度地减少 EMI 滤波器元件数量，而不是设计过多的 EMI 衰减裕度。使用 SPICE 仿真，我们可以粗略地进行 EMI 滤波器设计，并在进行实际实验室测试之前了解权衡。
EMI 接收器和 SPICE 仿真
使用 SPICE 仿真的 EMI 图 EMI 的 FFT 图并不总是与实际测量结果相符。然而，它们对于粗略地进行 EMI 滤波器设计并了解每个滤波器组件的作用非常有用。FCC 测试允许使用 QP（准峰值）或平均值检测，并将 EMI 接收器设置为其中之一。然而，SPICE FFT 频域仿真绘制了每个频谱分量的 RMS 幅度，这可能导致测量的 EMI 和仿真的 EMI 之间存在差异。此外，对于在 EMI 接收器中只有一条谱线的 EMI 噪声源，测量和模拟的 RBW（分辨率带宽）可能一致。但是，当接收器 RBW 中存在多条谱线时，仿真将低估幅度。为了纠正这个问题，将每条谱线（在接收器 RBW 中）的模拟功率相加。例如，在 PF 校正反激式转换器中，9 kHz RBW 中可能有 75 条谱线，间隔 120 Hz。如果每条谱线幅度相等，则添加到模拟结果的校正因子为 10LOG(75) = 19 dB。
DM 噪声和等效 DM 噪声源
由于电压和电流快速转换，PF 控制的 LED 驱动器的 SPICE 仿真可能需要几分钟才能运行。为了快速粗略设计 EMI 滤波器并探索滤波器拓扑和元件价值权衡，需要更快的仿真。这可以通过用图 2 的等效噪声源电路替换图 1 的 LED 驱动电路来完成。最快的模拟是通过使用正弦波电流源并调整其频率和幅度，使基频信号在LED 驱动电路和等效噪声源电路的 LISN RX 端口是相同的。 Pi 滤波器通常与开关处的电容器一起使用，为开关电流提供本地电荷源，用于开关频率串联阻抗的串联电感器，以及交流线路或 LISN 上的电容器，如图 1 所示。请注意，为了有效，线路电容器的阻抗应远低于 100 欧姆差分 LISN 阻抗。对于 100 kHz 开关噪声，该电容器可以为 0.1 ?F 或更大。请注意，总滤波电容可能会对 ENERGY STAR? 功率因数 ≥0.70 的要求产生不利影响。例如，10 瓦负载上 1μF 的滤波电容（具有 1 的 PF）将导致 PF 为 0.9。考虑到这些限制，10 瓦负载的总滤波电容可能应不小于 0.1 F 且不大于 1.0 F。
CM 噪声 SPICE 模型如图 3 所示。重要的元件值是变压器初级到次级电容 (XFMR C)、LED 接地电容 (LED CM C) 和 EMI Y 电容 ( Y-CAP）。FET 漏极处的快速 dv/dt 通过变压器电容和 LED 接地电容将噪声电流耦合到地并通过 LISN 返回。Y 电容为大部分噪声电流提供返回源（即 FET 漏极）的本地路径。Y 电容的噪声衰减等于 Y 电容电容除以变压器电容。如果使用 1000 pF Y 电容和 10 pF 变压器，则衰减为 100X 或 40 dB。 对于额外的 CM 过滤，可以添加 CM 扼流圈。为了有效，CM 扼流圈阻抗必须大于 LED 到地阻抗。由于实际扼流圈的阻抗可能约为 5k 欧姆，并且 LED 接地电容可能为 1 pF，因此 CM 扼流圈可能仅在 30 MHz 以上有效。因此，虽然 CM 扼流圈可能无法降低 0.15 – 30 MHz 测试范围内的传导噪声，但它可以降低 30 – 200 MHz 范围内的辐射噪声。
概括
我们对 EMI、LED 驱动器如何产生以及如何控制它进行了基本了解。我们还研究了 EMI 滤波器如何影响功率因数以及 EMI 滤波器如何响应瞬态。此信息应该为您提供工具，以最大限度地降低产品成本，同时满足适用的 ENERGY STAR要求。相关文章
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