薛 旦，许 璞，黄 情

（1.上海瀚唯科技有限公司，上海 杨浦 200438；2.上海无线电设备研究所，上海 杨浦 200090）

随着我国“十城万盏”计划、淘汰白炽灯计划的实行，高亮度白光LED（high-brightnesswhite LED，HBWLED）以其节能、环保、寿命长三大优势，正逐步取代传统节能灯管，在商场、办公楼、道路等场所得到广泛应用。目前白光LED的效率已突破150 LM/W，LED灯具的节能得到了世界各国的普遍重视。在我国，照明已占到用电总量的10%以上，因此推广LED的应用对能源紧缺的世界各国具有十分重要的意义[1]。

LED技术经过数十年的发展已不断成熟，其光效、寿命及可靠性得到了长足进步。而在LED灯具中，驱动电源已成为LED应用的关键技术。目前绝大多数LED驱动电源采用了PWM开关型直流变换结构，可实现小型化、高效率的恒流工作方式以满足LED工作需要。然而PWM开关型直流变换结构由于存在高频开关与振荡电路，不可避免地将产生大量谐波以及电磁干扰[2]，这对于LED照明在医院、地铁等公共场所以及电磁兼容敏感区域的应用带来了极大限制。

因此本文针对地铁等场所的电磁兼容要求，分析了基于单级反激式LEDPWM开关型驱动电源结构[3]，提出了高效的电磁兼容解决方案。本方案有以下优点：

（1）结构紧凑，满足灯具小型化；

（2）谐波失真低，满足低谐波要求；

（3）具有成本优势。

1 驱动电路结构

1.1 基于SY5800A主控芯片的开关电路

图1为采用SY5800A的PWM开关型直流变换器原理图，可以看出该结构的控制芯片采用10脚封装，是一款采用前级反馈、带有功率因数校正（PFC）功能的LED照明自适应芯片。芯片允许最高可达到400 V的直流输入，且反馈变换器工作在准谐振状态，具有较高的系统效率。

图1 基于SY5800A的LED驱动电源

该电路主要参数与特点有：

（1）驱动电流高达1A，并在低电压下开通MOSFET，减少了开关损耗；

（2）具有逐周期保护功能，在每个周期内进行检测以实现峰值电流控制；

（3）输入电压范围为AC85～264 V，输出为38 V/400mA。

1.2 主要参数设计

SY5800A同样采用了反激式PWM开关结构，因此根据开关电源高频变压器的基本理论[4]，电路主要设计如下：

2 电磁兼容设计

2.1 输入滤波器设计

图2中的输入滤波器包括差模滤波器和共模滤波器，分别用于抑制差模与共模干扰，一般采用组合形式来提高滤波效果。

其中共模滤波器参数设计如下：

图2 加入输入滤波器后的EMI对比测试图

采用上述滤波器后电路EMI测试对比如下：

图中深色为插入Filter前的EMI噪声曲线，浅色为插入Filter后的噪声曲线。可以看到采用差、共模滤波器能极大减少电磁辐射，是有效的电磁兼容手段。

1.3 开关电路EMI抑制

PWM电路采用高速驱动MOS管进行开关来实现输出变换，MOS管上的电压波形如图3所示。

图3 MOS管开关电压波形

如图3所示，MOSFET动作时产生的噪声，主要来自三个方面：

（1）Mosfet开通、关断时，具有很宽的频谱含量，开关频率的谐波本身就是较强的干扰源。

（2）关断时的振荡1产生较强的干扰。

（3）关断时的振荡2产生较强的干扰。

对于振荡1，在开关管Q1关断，副边二极管D1导通时（带载），原边的励磁电感被钳制，原边漏感Lep的能量通过Q1的寄生电容Cds进行放电，主放电回路为Lep—Cds—Rs—C1—Lep，此时产生振荡振荡的频率为：

振荡2发生在MosfetQ1关断，副边二极管由通转向关断，原边励磁电感被释放（这时Cds被充至2Vc1），Cds和原边线圈的杂散电容Clp为并联状态，再和原边电感Lp（励磁电感和漏感之和）发生振荡。放电回路同振荡1。振荡频率为：

因此，可以从以下2方面进行电磁兼容的改进：

1）选开关速度较平缓的MOSFET，或通过增大驱动电阻降低开关速度。

图4 加大驱动电阻后的EMI对比图

途中深色曲线为47欧姆的驱动电阻时的电路EMI特性，浅色曲线为62欧姆的驱动电阻时的电路EMI特性。可以看出，增大驱动电阻的措施在低频段效果不明显，而在高频段（>8MHz），62欧姆的驱动电阻明显好于47欧姆的驱动电阻，有一定的效果。

2）通过变压器采用三明治绕法、在变压器的绕组上加吸收电路、减小Q1D极到变压器的引线长度等方法减小变压器漏感。

图5 减小变压器漏感后的EMI对比图

图5 中深色为减小变压器漏感前的EMI特性曲线，浅色为减小变压器漏感后的EMI特性曲线。可以看出在低频段的EMI特性随着漏感的减小有明显改善。

2.2 噪声耦合抑制

PWM电路的电磁干扰传播途径主要是通过变压器的杂散电容Ctx、Mosfet/Diode到散热片的杂散电容Cm/Cd、及散热片到地的杂散电容Ce等途径而耦合到LISN被取样电阻所俘获。

因此针对噪声耦合回路，可采取以下措施降低电路EMI：

（1） 原、副边地之间增加Y电容。

通过原副边之间的Y电容，形成噪声回路，一是为Mosfet动作产生且串到变压器副边的噪声电流，提供一个低阻抗的回路，减小到地的电流。二是为二次侧Diode产生的且串到变压器原边的noise电流提供低阻抗回路，从而减小流过LISN的电流。

图6 增加Y电容后的EMI对比图

从图6中可以看到增加Y电容后EMI特性得到明显改善，在低频段（<10MHz）尤为明显。

（2）变压器加法拉第铜环

变压器是噪声传播的主要通道之一，其中初级线圈和次级线圈间杂散电容Ctx是重要因素。而在变压器内部加法拉第铜环可以有效减小Ctx，从而抑制干扰。

图7 增加法拉第铜环后的EMI对比图

从图7中可以看到，增加法拉第铜环后几乎各频段的EMI特性都得到改善。

2.3 改进后的结果

通过以上措施改进后的LED驱动电源实物如图8所示。

该电源的电磁兼容实测结果如图9所示。

图9 基于SY5800A驱动电源EMI测试图

3 结束语

基于PWM模式的LED照明驱动的特点，以基于SY5800的驱动电路为参照，分析了电磁干扰及其传输路径，通过电路改进实现了良好的电磁兼容性能，测试证明改进措施可靠有效，并可广泛应用于各种LED驱动产品中。

[1]窦林平.国内LED照明应用探讨[J].照明工程学报，2011，22（06）：51-58.

[2]钟远生.LED照明产品电磁兼容测试项目要求[J].电气技术，2012，35（05）：92-93.

[3]朱明杰.开关电源的电磁兼容设计[J].电气开关，2009，8（06）：20-22.

[4]陈 洋，段哲民，郭 龙.反激式变换器拓扑的LED电源设计 [J].电子设计工程，2014，28（02）：95-97.