在現(xiàn)代照明系統(tǒng)中，升壓LED驅(qū)動(dòng)器憑借其能將輸入電壓提升至適合LED工作電壓的特性，被廣泛應(yīng)用于各類照明場景。然而，隨著開關(guān)頻率的不斷提高以實(shí)現(xiàn)更高的效率和更小的尺寸，升壓LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)問題日益突出。EMI不僅會影響驅(qū)動(dòng)器自身的性能和穩(wěn)定性，還會對周圍電子設(shè)備造成干擾，甚至違反相關(guān)電磁兼容(EMC)標(biāo)準(zhǔn)，因此，有效抑制升壓LED驅(qū)動(dòng)器的EMI成為亟待解決的難題。

升壓LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生EMI的根源在于其內(nèi)部的高頻開關(guān)動(dòng)作。當(dāng)開關(guān)器件(如MOSFET)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，會產(chǎn)生快速變化的電壓和電流波形。這些快速變化的信號包含豐富的高頻諧波成分，通過傳導(dǎo)和輻射兩種方式傳播出去。傳導(dǎo)干擾通過電源線、信號線等導(dǎo)體傳播，影響同一電網(wǎng)中的其他設(shè)備;輻射干擾則以電磁波的形式向周圍空間輻射，干擾附近的無線通信設(shè)備和電子儀器。

從器件選型角度來看，選擇低EMI的器件是抑制EMI的第一步。對于開關(guān)器件，應(yīng)優(yōu)先選擇具有低寄生電容和低反向恢復(fù)電荷的MOSFET。寄生電容會導(dǎo)致開關(guān)過程中產(chǎn)生振蕩，而反向恢復(fù)電荷會在開關(guān)關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生尖峰電流，這兩者都會加劇EMI。例如，一些新型的超結(jié)MOSFET，通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，顯著降低了寄生電容和反向恢復(fù)電荷，有效減少了開關(guān)過程中的電壓和電流突變，從而降低EMI。同時(shí)，對于電感的選擇也至關(guān)重要。電感的磁芯材料、尺寸和繞制方式都會影響其電磁特性。應(yīng)選擇低磁導(dǎo)率、低損耗的磁芯材料，如鐵氧體磁芯，以減少磁芯的磁滯損耗和渦流損耗，降低磁輻射。此外，采用分布式氣隙或分段繞制的電感，可以減少繞組間的寄生電容，降低高頻下的電磁耦合，從而抑制EMI。

PCB設(shè)計(jì)在EMI抑制中起著關(guān)鍵作用。合理的布局布線能夠有效減少信號的電磁輻射和相互干擾。首先，應(yīng)將功率電路和控制電路進(jìn)行物理隔離，避免功率電路中的大電流、高電壓信號對控制電路造成干擾。功率器件和電感等高頻器件應(yīng)盡量靠近，以縮短電流回路，減小回路面積。因?yàn)榛芈访娣e越大，產(chǎn)生的電磁輻射越強(qiáng)。同時(shí)，在布局時(shí)要注意輸入輸出端口的位置，避免輸入輸出信號交叉，防止形成干擾路徑。在布線方面，電源線和地線應(yīng)盡可能加粗，以降低線路阻抗，減少電壓降和電流波動(dòng)。對于高頻信號走線，應(yīng)盡量縮短長度，并采用單點(diǎn)接地的方式，避免形成接地環(huán)路，產(chǎn)生共模干擾。此外，可以在PCB上設(shè)置屏蔽層，將敏感電路和高頻電路進(jìn)行屏蔽，減少電磁耦合。

濾波技術(shù)是抑制EMI的常用方法。對于傳導(dǎo)干擾，可采用電磁干擾濾波器(EMI濾波器)進(jìn)行抑制。EMI濾波器通常由電感、電容和電阻組成，其原理是通過對不同頻率的信號呈現(xiàn)不同的阻抗特性，將高頻干擾信號濾除，只允許低頻有用信號通過。在升壓LED驅(qū)動(dòng)器中，一般會在輸入端口和輸出端口分別設(shè)置EMI濾波器。輸入濾波器主要用于抑制從電網(wǎng)引入的干擾，同時(shí)防止驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的干擾反饋到電網(wǎng);輸出濾波器則用于抑制驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的干擾對LED負(fù)載的影響。對于輻射干擾，可采用屏蔽技術(shù)。屏蔽罩可以選用金屬材料，如銅或鋁，將整個(gè)升壓LED驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行屏蔽，阻止電磁波的輻射。但在使用屏蔽罩時(shí)，要注意屏蔽罩的接地問題，良好的接地能夠確保屏蔽效果，否則屏蔽罩可能會成為新的輻射源。

緩沖電路也是抑制EMI的有效手段。在開關(guān)器件兩端添加緩沖電路，可以有效抑制開關(guān)過程中產(chǎn)生的電壓尖峰和電流突變。常見的緩沖電路有RCD緩沖電路和LC緩沖電路。RCD緩沖電路由電阻、電容和二極管組成，當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí)，電容吸收開關(guān)兩端的電壓尖峰，電阻消耗電容上的能量，二極管則起到隔離作用。LC緩沖電路則利用電感和電容的儲能特性，對開關(guān)過程中的電壓和電流進(jìn)行平滑處理。通過合理設(shè)計(jì)緩沖電路的參數(shù)，可以將開關(guān)過程中的電壓和電流變化率控制在較低水平，從而降低EMI。

接地設(shè)計(jì)是EMI抑制中容易被忽視但又非常重要的環(huán)節(jié)。不合理的接地設(shè)計(jì)會導(dǎo)致接地環(huán)路的產(chǎn)生，引入額外的干擾。在升壓LED驅(qū)動(dòng)器中，應(yīng)采用單點(diǎn)接地的原則，將功率地、信號地和保護(hù)地分開設(shè)置，并在合適的位置單點(diǎn)連接。功率地主要用于連接功率器件和電感等大電流器件的接地端;信號地用于連接控制電路和傳感器等小信號器件的接地端;保護(hù)地則用于連接金屬外殼等保護(hù)裝置。此外，接地平面應(yīng)盡可能完整，避免出現(xiàn)縫隙和孔洞，以減少電磁泄漏。

在實(shí)際應(yīng)用中，還可以通過優(yōu)化控制算法來抑制EMI。采用軟開關(guān)技術(shù)，如零電壓開關(guān)(ZVS)和零電流開關(guān)(ZCS)，可以使開關(guān)器件在電壓或電流為零的時(shí)刻進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，從而減少開關(guān)過程中的損耗和電磁干擾。另外，采用擴(kuò)頻技術(shù)，將開關(guān)頻率在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)制，使能量分散在更寬的頻帶上，降低特定頻率點(diǎn)的干擾強(qiáng)度，滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)的要求。升壓LED驅(qū)動(dòng)器的EMI抑制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需從器件選型、PCB設(shè)計(jì)、濾波屏蔽、緩沖電路、接地處理以及控制算法優(yōu)化等多維度協(xié)同發(fā)力。只有將這些策略有機(jī)結(jié)合，精準(zhǔn)把控每個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)，才能有效降低高頻干擾，確保升壓LED驅(qū)動(dòng)器在滿足高效節(jié)能需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)良好的電磁兼容性，為現(xiàn)代照明系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與可靠應(yīng)用筑牢技術(shù)根基。

隨著LED照明技術(shù)的快速發(fā)展，LED驅(qū)動(dòng)電源的電磁干擾(EMI)問題日益成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。在這一背景下，棒型電感作為一種高效解決方案，正逐漸成為工程師們應(yīng)對EMI挑戰(zhàn)的優(yōu)先選擇元件。

如今，幾乎所有照明應(yīng)用都使用LED。LED在相對較短的時(shí)間內(nèi)便已成為照明的首選。但在大多數(shù)應(yīng)用中，僅憑LED本身還無法實(shí)現(xiàn)其功能。LED必須采用合適的電源才能工作。這樣的驅(qū)動(dòng)器電路自然應(yīng)該盡可能高效以降低能耗，LED主要使用開關(guān)電源的原因正在于此。

無論什么類型的電源，都應(yīng)當(dāng)考慮電磁兼容性。在LED燈中尤其如此。隨著時(shí)間推移，針對LED產(chǎn)生的干擾的各種測量、評估和記錄標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確立。

不受控制的電磁干擾可能會帶來嚴(yán)重后果。就在最近，我對此有了直觀感觸。我的電動(dòng)車庫開門器上的舊E27白熾燈泡燒壞了。將其更換為現(xiàn)代LED燈泡后，燈又亮起來了。但是，我再也無法使用遙控器打開車庫門。因此，肯定是LED燈發(fā)出的電磁輻射對車庫門的無線電電子設(shè)備造成了干擾。

開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射一部分是傳導(dǎo)發(fā)射，部分是輻射發(fā)射。因此，LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的電磁輻射既可以通過電源線傳輸，也可以磁耦合或容性耦合到相鄰電路段中。這些輻射通常不會造成破壞，但可能導(dǎo)致相鄰電路元件工作不正常。

因此，使所產(chǎn)生的輻射最小化是有意義的，但在這方面必須滿足哪些要求?歐盟的所有電氣電子產(chǎn)品都要求有CE標(biāo)志。CE標(biāo)志證明產(chǎn)品符合歐盟關(guān)于安全、健康和環(huán)境保護(hù)的規(guī)定。只有合規(guī)的設(shè)備才能在歐洲經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)流通。世界其他地區(qū)，設(shè)定了其他與電磁輻射干擾相關(guān)的重要要求，例如UL、CSA等標(biāo)準(zhǔn)。

有許多專門涉及LED燈的安全性和電磁輻射的標(biāo)準(zhǔn)，其中一個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)是CISPR 11。CISPR代表國際無線電干擾特別委員會。還有許多其他基于CISPR標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和法規(guī)，包括ISO、IEC、FCC、CENELEC、SAE等。

采取適當(dāng)措施并使用外加的電源線濾波器，可以確定地減少傳導(dǎo)發(fā)射。此類濾波器用于濾除共?；虿钅Ｔ肼暋Ｔ谶@里，作用的頻率范圍通常低于30 MHz。但是，開發(fā)此類濾波器并非那么簡單。濾波器通常針對特定頻率范圍進(jìn)行優(yōu)化。在其他頻率范圍，寄生效應(yīng)以及其引起的器件特性變化可能會造成影響。例如，一個(gè)濾波器可以很好地降低100 kHz開關(guān)電源所產(chǎn)生的輻射。然而，電源通常會在很寬的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生輻射，尤其是在10 MHz以上。在這種情況下，針對100 kHz優(yōu)化的濾波器甚至可能由于寄生效應(yīng)和諧振而增加輻射。

這種方式無法確定降低輻射發(fā)射。在這里，PCB走線及無源電路元件的寄生電感和電容的大小起著決定性的作用。通常頻率在30 MHz以上，至相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的上限時(shí)，降低這些輻射發(fā)射非常困難。它需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和背景知識。特別LED燈的驅(qū)動(dòng)，輻射發(fā)射水平可能非常高。通常是驅(qū)動(dòng)一串LED，此串聯(lián)電路常常需要占用電路板上的大量空間。因此，其幾何布局具有天線的特性，所產(chǎn)生的發(fā)射被特別有效地輻射出去。屏蔽電路復(fù)雜且昂貴，甚至因?yàn)楣饩€無法穿過金屬板屏蔽層，對LED甚至不能使用金屬板屏蔽。因此，解決之道在于限制所產(chǎn)生的輻射發(fā)射量。

EMI問題的行業(yè)痛點(diǎn)

LED驅(qū)動(dòng)電源在工作過程中會產(chǎn)生高頻開關(guān)噪聲，這些噪聲通過傳導(dǎo)和輻射兩種方式形成電磁干擾，不僅影響周邊電子設(shè)備的正常工作，還可能導(dǎo)致產(chǎn)品無法通過嚴(yán)格的EMC認(rèn)證測試。傳統(tǒng)解決方案往往需要復(fù)雜的濾波電路和屏蔽設(shè)計(jì)，既增加了成本，又影響了電源的整體效率。

棒型電感的獨(dú)特優(yōu)勢

棒型電感憑借其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在抑制EMI方面展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢：

高頻噪聲抑制能力強(qiáng)：棒型電感具有優(yōu)異的頻率特性，能有效濾除高頻開關(guān)噪聲，降低傳導(dǎo)干擾。

磁泄漏少：獨(dú)特的磁路設(shè)計(jì)減少了磁場泄漏，從而降低了輻射干擾水平。

溫度穩(wěn)定性好：即使在高溫工作環(huán)境下，也能保持穩(wěn)定的濾波性能，確保LED驅(qū)動(dòng)電源長期可靠運(yùn)行。

空間利用率高：緊湊的棒型結(jié)構(gòu)節(jié)省了PCB空間，特別適合高密度設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)電源。

實(shí)際應(yīng)用效果驗(yàn)證

多家LED照明廠商的實(shí)際測試數(shù)據(jù)顯示，采用棒型電感后：

傳導(dǎo)干擾平均降低8-12dB

輻射干擾改善明顯

電源效率提升2-3%

產(chǎn)品一次性通過EMC認(rèn)證率大幅提高

技術(shù)發(fā)展趨勢

未來，隨著LED驅(qū)動(dòng)電源向高頻化、小型化方向發(fā)展，棒型電感技術(shù)也將持續(xù)創(chuàng)新：

更高飽和電流密度的材料應(yīng)用

更優(yōu)化的繞組工藝

集成化設(shè)計(jì)

智能化EMI抑制方案