切換式LED驅(qū)動(dòng)電路電磁干擾對(duì)策

徐華

摘要：討論了EMI測(cè)量方法，分析了切換式LED驅(qū)動(dòng)電路的EMI成因，給出了抑制EMI的對(duì)策。

關(guān)鍵詞： 切換式驅(qū)動(dòng)電路；EMI

中圖分類號(hào)：O44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）13-3135-04

Countermeasures for Electromagnetic Interference of LED Switch Type Drive Circuit

XU Hua

（Xiamen Kerun Electronic Technology Co. Ltd，Xiamen 361006，China）

Abstract： The paper discussed measuring method of EMI， analyzed the cause of LED switch type drive circuit and offered strategies of restraining EMI.

Key words： switch type drive circuit； EMI

1 概述

電磁干擾（Electromagnetic Interference簡(jiǎn)稱EMI）是干擾電纜信號(hào)并降低信號(hào)完好性的電子噪音，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)（實(shí)體的電源線或信號(hào)導(dǎo)線）把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)， 有機(jī)會(huì)干擾同一電源線的電氣設(shè)備；輻射干擾是指由于電場(chǎng)/磁場(chǎng)耦合效應(yīng)使干擾源通過空間把其信號(hào)耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)，有可能干擾附近的電氣設(shè)備或影響人體健康。傳導(dǎo)性EMI通常發(fā)生在較低之頻段，而輻射性EMI噪聲的頻率通常較高。

此外，EMI的形成又可分為共模幅射（CommonMode）和差模幅射（DifferentialMode）兩類。共模幅射包括共地阻抗之共模干擾（Common-ModeCoupling）和電磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線的共模干擾（Fieldtocable/traceCommon-ModeCoupling），前者是因雜訊產(chǎn)生源與受害電路間共用同一接地電阻所產(chǎn)生的共模干擾；后者則為高電磁能量所形成的電磁場(chǎng)對(duì)設(shè)備間之配線所造成的干擾。至于差模幅射，常見的是導(dǎo)線對(duì)導(dǎo)線的差模干擾（CabletoCableDifferential-ModeCoupling），干擾途徑為某一導(dǎo)線內(nèi)的干擾雜訊感染到其他導(dǎo)線而饋入受害電路，屬于近場(chǎng)干擾的一種。

LED是一種低電壓直流驅(qū)動(dòng)器件，實(shí)際應(yīng)用中需要把輸入電源轉(zhuǎn)換成恒流源。就目前電子技術(shù)的發(fā)展水平，市面上以切換式轉(zhuǎn)換器為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路的主流。

切換式轉(zhuǎn)換器主要通過功率晶體管及相關(guān)組件的導(dǎo)通與截止，調(diào)節(jié)其輸出的電壓或電流（功率），達(dá)到電能轉(zhuǎn)換的功效。然而，功率晶體管在導(dǎo)通與截止切換時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)出可觀的高頻噪聲。此高頻噪聲除了會(huì)造成能量的耗損以及干擾電路動(dòng)作外，也會(huì)形成電磁干擾。因此，如何降低EMI，就成了設(shè)計(jì)切換式LED驅(qū)動(dòng)電路必須面對(duì)的重大課題。

2 EMI成因

EMI主要是由電路上瞬間變化的電壓或電流信號(hào)產(chǎn)生，其大小視單位時(shí)間電壓變化率（dv/dt）或電流變化率（di/dt）而定，通常越大的dv/dt或di/dt會(huì)產(chǎn)生越大的EMI噪聲。在切換式LED驅(qū)動(dòng)電路中，主要的EMI噪聲來自于功率晶體管、磁性組件、二極管等功率型開關(guān)組件。因此，如何降低各組件、各電路節(jié)點(diǎn)或回路上的dv/dt或di/dt，是EMI對(duì)策的首要之務(wù)。除此之外，還要注意電路上的電場(chǎng)及磁場(chǎng)的耦合路徑，通常dv/dt較大的電路節(jié)點(diǎn)或組件，電場(chǎng)耦合效應(yīng)比較明顯；di/dt較大的電路節(jié)點(diǎn)或組件，則會(huì)有較大的磁場(chǎng)耦合效應(yīng)。因此，必須仔細(xì)規(guī)劃PCB Layout及組件擺放位置，以期能將電場(chǎng)/磁場(chǎng)耦合效應(yīng)輻射降到最小，減少EMI噪聲的傳導(dǎo)或輻射。另一方面，實(shí)際電路上由于非理想組件、PCB Layou及系統(tǒng)架構(gòu)所產(chǎn)生之非理想性寄生組件（雜散電感及寄生電容），對(duì)EMI影響也不容小覰。所以，在EMI對(duì)策時(shí)，也必須掌握非理想性寄生組件的特性，才能對(duì)癥下藥降低非理想性寄生組件的影響，進(jìn)而降低EMI噪聲。可以認(rèn)為EMC問題的研究就是對(duì)干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備三者之間關(guān)系的研究。

上述有不少EMI的設(shè)計(jì)考慮及觀念為通用法則，并不受限于切換式LED驅(qū)動(dòng)電路的架構(gòu)。亦可應(yīng)用于其他不同架構(gòu)的LED驅(qū)動(dòng)電路，理論上也會(huì)有相同的效果或趨勢(shì)。

3 EMI量測(cè)方法

在EMI量測(cè)方式上，可分成傳導(dǎo)型EMI量測(cè)及輻射型EMI量測(cè)。

圖1為傳統(tǒng)單相三線式的傳導(dǎo)性EMI量測(cè)系統(tǒng)，圖上噪聲由電源傳輸阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）取出以后，再以EMI噪聲測(cè)試接受儀（Test Receiver）或頻譜分析儀（Spectrum Analyzer）進(jìn)行量測(cè)。在這個(gè)系統(tǒng)中，共模噪聲電流CM是由同時(shí)流過兩條電力線Line（L）、Neutral（N），會(huì)合流至接地線（Ground）之噪聲電流分量所組成；差模噪聲電流DM則是流經(jīng)L和N兩線之間而不流經(jīng)過接地線之噪聲電流分量。

圖1 單相三線式傳導(dǎo)性EMI量測(cè)系統(tǒng)

相較于傳統(tǒng)單相三線式的電力系統(tǒng)，在通用照明的應(yīng)用中（例如LED球泡燈、LED T8燈管、LED嵌燈等），大多為單相二線式的電力系統(tǒng)。因此，其傳導(dǎo)性EMI量測(cè)系統(tǒng)修正如圖2所示

圖2 單相二線式傳導(dǎo)性EMI量測(cè)系統(tǒng)

比較圖1及圖2，兩種量測(cè)系統(tǒng)最大的差異在于待測(cè)物是否直接連接到接地線。因此，兩系統(tǒng)的差模噪聲分量相當(dāng)，但共模噪聲分量將明顯不同，即所量測(cè)到的傳導(dǎo)型EMI噪聲不會(huì)相同。此外，在傳統(tǒng)單相三線式的系統(tǒng)中，由于待測(cè)物直接連接到地，可同時(shí)使用接地Y電容及共模電感（Common Mode Choke）抑制共模噪聲；而在單相二線式系統(tǒng)中，因?yàn)榇郎y(cè)物沒有直接連接到接地線，所以僅能使用共模電感抑制共模噪聲。

圖3 輻射性（Radiated）EMI量測(cè)系統(tǒng)

圖3是輻射性（Radiated）EMI的量測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)的簡(jiǎn)單示意圖。參考IEEE-299-1997和MIL-STD-285等標(biāo)準(zhǔn)之輻射EMI測(cè)試隔離室，依不同頻率范圍可將輻射EMI測(cè)試隔離室分為磁場(chǎng)屏蔽（低阻抗場(chǎng)），電場(chǎng)屏蔽（高阻抗場(chǎng)），平面波電磁場(chǎng)屏蔽和微波屏蔽等不同的屏蔽效益（SE）。其測(cè)量?jī)x器基本配備為：EMI噪聲測(cè)試接收儀或頻譜分析儀、接收天線（棒狀天線、環(huán)路天線、對(duì)數(shù)螺旋天線、喇叭天線等）、置放待測(cè)物的木桌、旋轉(zhuǎn)裝置及電源供應(yīng)器。另由于各測(cè)試儀器也會(huì)產(chǎn)生一定程度的EMI噪聲，為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，CISPR16要求測(cè)試儀器的干擾量至少需比待測(cè)物的EMI噪聲小20Db，且比所依測(cè)試法規(guī)限制小40dB.各測(cè)試儀器屏蔽效益至少要有60dB，測(cè)試儀器接入測(cè)試系統(tǒng)后，既不可改變待測(cè)物的工作狀態(tài)，也不可對(duì)待測(cè)物有分壓分流效應(yīng)，測(cè)試儀器本身的干擾耐受性也應(yīng)遠(yuǎn)低于可能受到的干擾量。此外，也要求測(cè)試儀器的精確度必須符合：電壓測(cè)試時(shí)誤差不超過正負(fù)2 dB，場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試時(shí)誤差不超過正負(fù)3 dB。

4 降低EMI對(duì)策

依LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電源特性及架構(gòu)，可將其再細(xì)分為交流轉(zhuǎn)直流（AC-to-DC）與直流轉(zhuǎn)直流（DC-to-DC）以及隔離式與非隔離式。其中，尤以非隔離降壓式轉(zhuǎn)換器以及隔離返馳式轉(zhuǎn)換器為最常見的切換式LED驅(qū)動(dòng)電路。

圖4及圖5分別為非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路之電路架構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖（將驅(qū)動(dòng)IC以一脈沖信號(hào)源取代），以及工作于不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下各點(diǎn)理論波形；圖6標(biāo)示可能存在于電路上的寄生組件及dv/dt或di/dt較大的節(jié)點(diǎn)或回路。以下，將通過圖4到圖6來闡述降低EMI對(duì)策。

圖4 非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路示意

圖5 非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路理論波形圖

圖6 非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路的dv/dt或di/dt及寄生組件示意

由圖4及圖5可看出，非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路中各主要組件的動(dòng)作及波形，并可再由上述觀念推估出圖6。圖6中標(biāo)示各電路中各dv/dt或di/dt 較大的節(jié)點(diǎn)或回路。其中，綠色的組件代表各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的寄生電容及阻抗，也是主要的電場(chǎng)耦合路徑；而橙色的組件代表各連接線或回路相對(duì)其他連接線、回路或空氣的雜散電感（互感），亦為磁場(chǎng)耦合的主要路徑。由圖6可知，減少各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的寄生電容及阻抗，或是降低各連接線或回路相對(duì)其他連接線、回路或空氣的雜散電感（互感），都有助于抑制電場(chǎng)、磁場(chǎng)耦合效應(yīng)，進(jìn)而降低電路向外傳導(dǎo)或輻射的EMI噪聲。由于dv/dt及di/dt分別為單位時(shí)間電壓變化率或電流變化率，在相同的電壓/電流 （dv or di）之下，越高的信號(hào)頻率則dt 越小，即dv/dt及 di/dt越大。因此，在設(shè)計(jì)EMI對(duì)策及PCB Layout時(shí)，除了著眼于電壓/電流較大的節(jié)點(diǎn)或回路，也要特別注意較為高頻的信號(hào)。一般切換式LED驅(qū)動(dòng)電路中，較高頻的信號(hào)為開關(guān)組件的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)、開關(guān)組件兩端電壓信號(hào)、飛輪二極管反向恢復(fù)時(shí)間（trr）、電感、變壓器兩端電壓信號(hào)以及寄生組件所產(chǎn)生的諧振信號(hào)等等，在設(shè)計(jì)時(shí)都必須特別注意。因此，在PCB Layout、組件擺放規(guī)則及選擇組件時(shí)，盡可能滿足以下設(shè)計(jì)考慮：

1） 由于dv/dt會(huì)引發(fā)電場(chǎng)輻射到空中，等同于發(fā)射輻射電流流過空中的寄生電容，再流回到大地。可采取的對(duì)策除了縮小訊號(hào)本身的dv/dt外，還可以從降低寄生電容來著手。根據(jù)電子學(xué)及物理學(xué)的定義，電容的大小與兩導(dǎo)體或?qū)Ь€間的距離成反比。因此，可以想辦法降低dv/dt較大的節(jié)點(diǎn)面積，或增加dv/dt較大的節(jié)點(diǎn)對(duì)地的距離來縮小寄生電容、降低EMI噪聲。

2） 由于dv/dt會(huì)引發(fā)磁場(chǎng)輻射效應(yīng)，而形成輻射電流，通過大氣到大地?？刹扇〉膶?duì)策除了縮小訊號(hào)本身的di/dt外，亦可從縮小雜散電感來著手。根據(jù)安培定律、法拉第定律及楞次定律，雜散電感（互感）的大小與兩導(dǎo)體或?qū)Ь€間的感應(yīng)面積成正比，兩導(dǎo)體或?qū)Ь€間的距離成反比。因此，亦可以想辦法縮小di/dt較大的節(jié)點(diǎn)的回路面積，或增加di/dt較大回路或走線的間距來縮小雜散電感（互感）、降低EMI噪聲。

3） 由于傳導(dǎo)型EMI的測(cè)試法規(guī)一般在150Khz的頻率點(diǎn)開始限縮（包含F(xiàn)CC及CE），因此設(shè)計(jì)開關(guān)組件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率盡量不要超過150Khz，以確保將dv/dt或di/dt最大的驅(qū)動(dòng)信號(hào)基頻排除在傳導(dǎo)型EMI測(cè)試法規(guī)的限縮點(diǎn)之外。

4） 選擇漏磁較小的電感、變壓器鐵心（EE，EFD，RM或PQ等）。并僅于中柱的部分研磨氣隙，以減少漏磁。亦可在電感、變壓器繞制完成后，于鐵芯接縫處以銅箔包覆，以達(dá)屏蔽的效果。

5） 繞制電感或變壓器時(shí)，將di/dt屏蔽在鐵心最內(nèi)側(cè)，達(dá)到屏蔽的效果。

6） 在不嚴(yán)重影響電路效率的前提下，可加入一些緩振的電路組件，例如：Snubber電路，旁路電容、磁珠或磁環(huán)等；或縮小開關(guān)組件的驅(qū)動(dòng)電壓/電流，以降低dv/dt或di/dt。

7） 在PCB Layout時(shí)，考慮dv/dt相對(duì)小的參考平面或走線包覆其他dv/dt或di/dt較大的平面或走線，有助于將EMI噪聲屏蔽于系統(tǒng)內(nèi)，減少EMI噪聲向外輻射。

8） 縮短連接至電源端及負(fù)載LED端的連接線，以減少線材產(chǎn)生的寄生電容及雜散電感，進(jìn)而降低電場(chǎng)/磁場(chǎng)耦合效應(yīng)。

9） PCB Layout時(shí)，減少兩平面或走線平行，以及縮小上下層板走線或平面的重疊面積，也可有效減小寄生電容及電感，進(jìn)而降低電場(chǎng)/磁場(chǎng)耦合效應(yīng)。

5 結(jié)束語

除了在設(shè)計(jì)電路及PCB Layout時(shí)，依循上述各點(diǎn)可有效降低EMI噪聲外，慎選切換式LED驅(qū)動(dòng)電路的控制IC對(duì)于EMI噪聲抑制也有相當(dāng)?shù)膸椭?。近年來，已推出?zhǔn)諧振波谷切換（Quasi-Resonant Valley Switching）技術(shù)，可同時(shí)提升電路效率并降低EMI噪聲，在此不再贅述。

圖3 輻射性（Radiated）EMI量測(cè)系統(tǒng)

圖3是輻射性（Radiated）EMI的量測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)的簡(jiǎn)單示意圖。參考IEEE-299-1997和MIL-STD-285等標(biāo)準(zhǔn)之輻射EMI測(cè)試隔離室，依不同頻率范圍可將輻射EMI測(cè)試隔離室分為磁場(chǎng)屏蔽（低阻抗場(chǎng)），電場(chǎng)屏蔽（高阻抗場(chǎng)），平面波電磁場(chǎng)屏蔽和微波屏蔽等不同的屏蔽效益（SE）。其測(cè)量?jī)x器基本配備為：EMI噪聲測(cè)試接收儀或頻譜分析儀、接收天線（棒狀天線、環(huán)路天線、對(duì)數(shù)螺旋天線、喇叭天線等）、置放待測(cè)物的木桌、旋轉(zhuǎn)裝置及電源供應(yīng)器。另由于各測(cè)試儀器也會(huì)產(chǎn)生一定程度的EMI噪聲，為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，CISPR16要求測(cè)試儀器的干擾量至少需比待測(cè)物的EMI噪聲小20Db，且比所依測(cè)試法規(guī)限制小40dB.各測(cè)試儀器屏蔽效益至少要有60dB，測(cè)試儀器接入測(cè)試系統(tǒng)后，既不可改變待測(cè)物的工作狀態(tài)，也不可對(duì)待測(cè)物有分壓分流效應(yīng)，測(cè)試儀器本身的干擾耐受性也應(yīng)遠(yuǎn)低于可能受到的干擾量。此外，也要求測(cè)試儀器的精確度必須符合：電壓測(cè)試時(shí)誤差不超過正負(fù)2 dB，場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試時(shí)誤差不超過正負(fù)3 dB。

4 降低EMI對(duì)策

依LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電源特性及架構(gòu)，可將其再細(xì)分為交流轉(zhuǎn)直流（AC-to-DC）與直流轉(zhuǎn)直流（DC-to-DC）以及隔離式與非隔離式。其中，尤以非隔離降壓式轉(zhuǎn)換器以及隔離返馳式轉(zhuǎn)換器為最常見的切換式LED驅(qū)動(dòng)電路。

圖4及圖5分別為非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路之電路架構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖（將驅(qū)動(dòng)IC以一脈沖信號(hào)源取代），以及工作于不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下各點(diǎn)理論波形；圖6標(biāo)示可能存在于電路上的寄生組件及dv/dt或di/dt較大的節(jié)點(diǎn)或回路。以下，將通過圖4到圖6來闡述降低EMI對(duì)策。

圖4 非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路示意

圖5 非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路理論波形圖

圖6 非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路的dv/dt或di/dt及寄生組件示意

由圖4及圖5可看出，非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路中各主要組件的動(dòng)作及波形，并可再由上述觀念推估出圖6。圖6中標(biāo)示各電路中各dv/dt或di/dt 較大的節(jié)點(diǎn)或回路。其中，綠色的組件代表各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的寄生電容及阻抗，也是主要的電場(chǎng)耦合路徑；而橙色的組件代表各連接線或回路相對(duì)其他連接線、回路或空氣的雜散電感（互感），亦為磁場(chǎng)耦合的主要路徑。由圖6可知，減少各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的寄生電容及阻抗，或是降低各連接線或回路相對(duì)其他連接線、回路或空氣的雜散電感（互感），都有助于抑制電場(chǎng)、磁場(chǎng)耦合效應(yīng)，進(jìn)而降低電路向外傳導(dǎo)或輻射的EMI噪聲。由于dv/dt及di/dt分別為單位時(shí)間電壓變化率或電流變化率，在相同的電壓/電流 （dv or di）之下，越高的信號(hào)頻率則dt 越小，即dv/dt及 di/dt越大。因此，在設(shè)計(jì)EMI對(duì)策及PCB Layout時(shí)，除了著眼于電壓/電流較大的節(jié)點(diǎn)或回路，也要特別注意較為高頻的信號(hào)。一般切換式LED驅(qū)動(dòng)電路中，較高頻的信號(hào)為開關(guān)組件的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)、開關(guān)組件兩端電壓信號(hào)、飛輪二極管反向恢復(fù)時(shí)間（trr）、電感、變壓器兩端電壓信號(hào)以及寄生組件所產(chǎn)生的諧振信號(hào)等等，在設(shè)計(jì)時(shí)都必須特別注意。因此，在PCB Layout、組件擺放規(guī)則及選擇組件時(shí)，盡可能滿足以下設(shè)計(jì)考慮：

1） 由于dv/dt會(huì)引發(fā)電場(chǎng)輻射到空中，等同于發(fā)射輻射電流流過空中的寄生電容，再流回到大地。可采取的對(duì)策除了縮小訊號(hào)本身的dv/dt外，還可以從降低寄生電容來著手。根據(jù)電子學(xué)及物理學(xué)的定義，電容的大小與兩導(dǎo)體或?qū)Ь€間的距離成反比。因此，可以想辦法降低dv/dt較大的節(jié)點(diǎn)面積，或增加dv/dt較大的節(jié)點(diǎn)對(duì)地的距離來縮小寄生電容、降低EMI噪聲。

2） 由于dv/dt會(huì)引發(fā)磁場(chǎng)輻射效應(yīng)，而形成輻射電流，通過大氣到大地?？刹扇〉膶?duì)策除了縮小訊號(hào)本身的di/dt外，亦可從縮小雜散電感來著手。根據(jù)安培定律、法拉第定律及楞次定律，雜散電感（互感）的大小與兩導(dǎo)體或?qū)Ь€間的感應(yīng)面積成正比，兩導(dǎo)體或?qū)Ь€間的距離成反比。因此，亦可以想辦法縮小di/dt較大的節(jié)點(diǎn)的回路面積，或增加di/dt較大回路或走線的間距來縮小雜散電感（互感）、降低EMI噪聲。

3） 由于傳導(dǎo)型EMI的測(cè)試法規(guī)一般在150Khz的頻率點(diǎn)開始限縮（包含F(xiàn)CC及CE），因此設(shè)計(jì)開關(guān)組件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率盡量不要超過150Khz，以確保將dv/dt或di/dt最大的驅(qū)動(dòng)信號(hào)基頻排除在傳導(dǎo)型EMI測(cè)試法規(guī)的限縮點(diǎn)之外。

4） 選擇漏磁較小的電感、變壓器鐵心（EE，EFD，RM或PQ等）。并僅于中柱的部分研磨氣隙，以減少漏磁。亦可在電感、變壓器繞制完成后，于鐵芯接縫處以銅箔包覆，以達(dá)屏蔽的效果。

5） 繞制電感或變壓器時(shí)，將di/dt屏蔽在鐵心最內(nèi)側(cè)，達(dá)到屏蔽的效果。

6） 在不嚴(yán)重影響電路效率的前提下，可加入一些緩振的電路組件，例如：Snubber電路，旁路電容、磁珠或磁環(huán)等；或縮小開關(guān)組件的驅(qū)動(dòng)電壓/電流，以降低dv/dt或di/dt。

7） 在PCB Layout時(shí)，考慮dv/dt相對(duì)小的參考平面或走線包覆其他dv/dt或di/dt較大的平面或走線，有助于將EMI噪聲屏蔽于系統(tǒng)內(nèi)，減少EMI噪聲向外輻射。

8） 縮短連接至電源端及負(fù)載LED端的連接線，以減少線材產(chǎn)生的寄生電容及雜散電感，進(jìn)而降低電場(chǎng)/磁場(chǎng)耦合效應(yīng)。

9） PCB Layout時(shí)，減少兩平面或走線平行，以及縮小上下層板走線或平面的重疊面積，也可有效減小寄生電容及電感，進(jìn)而降低電場(chǎng)/磁場(chǎng)耦合效應(yīng)。

5 結(jié)束語

除了在設(shè)計(jì)電路及PCB Layout時(shí)，依循上述各點(diǎn)可有效降低EMI噪聲外，慎選切換式LED驅(qū)動(dòng)電路的控制IC對(duì)于EMI噪聲抑制也有相當(dāng)?shù)膸椭?。近年來，已推出?zhǔn)諧振波谷切換（Quasi-Resonant Valley Switching）技術(shù)，可同時(shí)提升電路效率并降低EMI噪聲，在此不再贅述。

圖3 輻射性（Radiated）EMI量測(cè)系統(tǒng)

圖3是輻射性（Radiated）EMI的量測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)的簡(jiǎn)單示意圖。參考IEEE-299-1997和MIL-STD-285等標(biāo)準(zhǔn)之輻射EMI測(cè)試隔離室，依不同頻率范圍可將輻射EMI測(cè)試隔離室分為磁場(chǎng)屏蔽（低阻抗場(chǎng)），電場(chǎng)屏蔽（高阻抗場(chǎng)），平面波電磁場(chǎng)屏蔽和微波屏蔽等不同的屏蔽效益（SE）。其測(cè)量?jī)x器基本配備為：EMI噪聲測(cè)試接收儀或頻譜分析儀、接收天線（棒狀天線、環(huán)路天線、對(duì)數(shù)螺旋天線、喇叭天線等）、置放待測(cè)物的木桌、旋轉(zhuǎn)裝置及電源供應(yīng)器。另由于各測(cè)試儀器也會(huì)產(chǎn)生一定程度的EMI噪聲，為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，CISPR16要求測(cè)試儀器的干擾量至少需比待測(cè)物的EMI噪聲小20Db，且比所依測(cè)試法規(guī)限制小40dB.各測(cè)試儀器屏蔽效益至少要有60dB，測(cè)試儀器接入測(cè)試系統(tǒng)后，既不可改變待測(cè)物的工作狀態(tài)，也不可對(duì)待測(cè)物有分壓分流效應(yīng)，測(cè)試儀器本身的干擾耐受性也應(yīng)遠(yuǎn)低于可能受到的干擾量。此外，也要求測(cè)試儀器的精確度必須符合：電壓測(cè)試時(shí)誤差不超過正負(fù)2 dB，場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試時(shí)誤差不超過正負(fù)3 dB。

4 降低EMI對(duì)策

依LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電源特性及架構(gòu)，可將其再細(xì)分為交流轉(zhuǎn)直流（AC-to-DC）與直流轉(zhuǎn)直流（DC-to-DC）以及隔離式與非隔離式。其中，尤以非隔離降壓式轉(zhuǎn)換器以及隔離返馳式轉(zhuǎn)換器為最常見的切換式LED驅(qū)動(dòng)電路。

圖4及圖5分別為非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路之電路架構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖（將驅(qū)動(dòng)IC以一脈沖信號(hào)源取代），以及工作于不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下各點(diǎn)理論波形；圖6標(biāo)示可能存在于電路上的寄生組件及dv/dt或di/dt較大的節(jié)點(diǎn)或回路。以下，將通過圖4到圖6來闡述降低EMI對(duì)策。

圖4 非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路示意

圖5 非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路理論波形圖

圖6 非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路的dv/dt或di/dt及寄生組件示意

由圖4及圖5可看出，非隔離降壓式LED驅(qū)動(dòng)電路中各主要組件的動(dòng)作及波形，并可再由上述觀念推估出圖6。圖6中標(biāo)示各電路中各dv/dt或di/dt 較大的節(jié)點(diǎn)或回路。其中，綠色的組件代表各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的寄生電容及阻抗，也是主要的電場(chǎng)耦合路徑；而橙色的組件代表各連接線或回路相對(duì)其他連接線、回路或空氣的雜散電感（互感），亦為磁場(chǎng)耦合的主要路徑。由圖6可知，減少各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的寄生電容及阻抗，或是降低各連接線或回路相對(duì)其他連接線、回路或空氣的雜散電感（互感），都有助于抑制電場(chǎng)、磁場(chǎng)耦合效應(yīng)，進(jìn)而降低電路向外傳導(dǎo)或輻射的EMI噪聲。由于dv/dt及di/dt分別為單位時(shí)間電壓變化率或電流變化率，在相同的電壓/電流 （dv or di）之下，越高的信號(hào)頻率則dt 越小，即dv/dt及 di/dt越大。因此，在設(shè)計(jì)EMI對(duì)策及PCB Layout時(shí)，除了著眼于電壓/電流較大的節(jié)點(diǎn)或回路，也要特別注意較為高頻的信號(hào)。一般切換式LED驅(qū)動(dòng)電路中，較高頻的信號(hào)為開關(guān)組件的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)、開關(guān)組件兩端電壓信號(hào)、飛輪二極管反向恢復(fù)時(shí)間（trr）、電感、變壓器兩端電壓信號(hào)以及寄生組件所產(chǎn)生的諧振信號(hào)等等，在設(shè)計(jì)時(shí)都必須特別注意。因此，在PCB Layout、組件擺放規(guī)則及選擇組件時(shí)，盡可能滿足以下設(shè)計(jì)考慮：

1） 由于dv/dt會(huì)引發(fā)電場(chǎng)輻射到空中，等同于發(fā)射輻射電流流過空中的寄生電容，再流回到大地?？刹扇〉膶?duì)策除了縮小訊號(hào)本身的dv/dt外，還可以從降低寄生電容來著手。根據(jù)電子學(xué)及物理學(xué)的定義，電容的大小與兩導(dǎo)體或?qū)Ь€間的距離成反比。因此，可以想辦法降低dv/dt較大的節(jié)點(diǎn)面積，或增加dv/dt較大的節(jié)點(diǎn)對(duì)地的距離來縮小寄生電容、降低EMI噪聲。

2） 由于dv/dt會(huì)引發(fā)磁場(chǎng)輻射效應(yīng)，而形成輻射電流，通過大氣到大地?？刹扇〉膶?duì)策除了縮小訊號(hào)本身的di/dt外，亦可從縮小雜散電感來著手。根據(jù)安培定律、法拉第定律及楞次定律，雜散電感（互感）的大小與兩導(dǎo)體或?qū)Ь€間的感應(yīng)面積成正比，兩導(dǎo)體或?qū)Ь€間的距離成反比。因此，亦可以想辦法縮小di/dt較大的節(jié)點(diǎn)的回路面積，或增加di/dt較大回路或走線的間距來縮小雜散電感（互感）、降低EMI噪聲。

3） 由于傳導(dǎo)型EMI的測(cè)試法規(guī)一般在150Khz的頻率點(diǎn)開始限縮（包含F(xiàn)CC及CE），因此設(shè)計(jì)開關(guān)組件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率盡量不要超過150Khz，以確保將dv/dt或di/dt最大的驅(qū)動(dòng)信號(hào)基頻排除在傳導(dǎo)型EMI測(cè)試法規(guī)的限縮點(diǎn)之外。

4） 選擇漏磁較小的電感、變壓器鐵心（EE，EFD，RM或PQ等）。并僅于中柱的部分研磨氣隙，以減少漏磁。亦可在電感、變壓器繞制完成后，于鐵芯接縫處以銅箔包覆，以達(dá)屏蔽的效果。

5） 繞制電感或變壓器時(shí)，將di/dt屏蔽在鐵心最內(nèi)側(cè)，達(dá)到屏蔽的效果。

6） 在不嚴(yán)重影響電路效率的前提下，可加入一些緩振的電路組件，例如：Snubber電路，旁路電容、磁珠或磁環(huán)等；或縮小開關(guān)組件的驅(qū)動(dòng)電壓/電流，以降低dv/dt或di/dt。

7） 在PCB Layout時(shí)，考慮dv/dt相對(duì)小的參考平面或走線包覆其他dv/dt或di/dt較大的平面或走線，有助于將EMI噪聲屏蔽于系統(tǒng)內(nèi)，減少EMI噪聲向外輻射。

8） 縮短連接至電源端及負(fù)載LED端的連接線，以減少線材產(chǎn)生的寄生電容及雜散電感，進(jìn)而降低電場(chǎng)/磁場(chǎng)耦合效應(yīng)。

9） PCB Layout時(shí)，減少兩平面或走線平行，以及縮小上下層板走線或平面的重疊面積，也可有效減小寄生電容及電感，進(jìn)而降低電場(chǎng)/磁場(chǎng)耦合效應(yīng)。

5 結(jié)束語

除了在設(shè)計(jì)電路及PCB Layout時(shí)，依循上述各點(diǎn)可有效降低EMI噪聲外，慎選切換式LED驅(qū)動(dòng)電路的控制IC對(duì)于EMI噪聲抑制也有相當(dāng)?shù)膸椭?。近年來，已推出?zhǔn)諧振波谷切換（Quasi-Resonant Valley Switching）技術(shù)，可同時(shí)提升電路效率并降低EMI噪聲，在此不再贅述。