干貨！LED電源設計你必須知道的事兒（附在線研討會報名）

LED電源有很多種類，各類電源的質量、價格差異非常大，這也是影響產品質量及價格的重要因素之一。LED驅動電源通?？梢苑譃槿箢?，一是開關恒流源，二是線性IC電源，三是阻容降壓電源。

開關恒流源 

采用變壓器將高壓變?yōu)榈蛪?，并進行整流濾波，以便輸出穩(wěn)定的低壓直流電。開關恒流源又分隔離式電源和非隔離式電源，隔離是指輸出高低電壓隔離，安全性非常高，所以對外殼絕緣性要求不高。非隔離安全性稍差，但成本也相對低，傳統(tǒng)節(jié)能燈就是采用非隔離電源，采用絕緣塑料外殼防護。

開關電源的安全性相對較高（一般是輸出低壓），性能穩(wěn)定，缺點是電路復雜、價格較高。開關電源技術成熟，性能穩(wěn)定，是目前LED照明的主流電源。

線性IC電源 

采用一個IC或多個IC來分配電壓，電子元器件種類少，功率因數(shù)、電源效率非常高，不需要電解電容，壽命長，成本低。缺點是輸出高壓非隔離，有頻閃，要求外殼做好防觸電隔離保護。

市面上宣稱無（去）電解電容，超長壽命的，均是采用線性IC電源。IC驅電源具有高可靠性，高效率低成本優(yōu)勢，是未來理想的LED驅動電源。

阻容降壓電源 

采用一個電容通過其充放電來提供驅動電流，電路簡單，成本低，但性能差，穩(wěn)定性差，在電網電壓波動時極容易燒壞LED，同時輸出高壓非隔離，要求絕緣防護外殼。功率因數(shù)低，壽命短，一般只適于經濟型小功率產品（5W以內）。

功率高的產品，輸出電流大，電容不能提供大電流，否則容易燒壞。另外，國家對高功率燈具的功率因數(shù)有要求，即7W以上的功率因數(shù)要求大于0.7，但是阻容降壓電源遠遠達不到（一般在0.2-0.3之間），所以高功率產品不宜采用阻容降壓電源。市場上，要求不高的低端型的產品，幾乎全部是采用阻容降壓電源，還有一些高功率的便宜的低端產品，也是采用阻容降壓電源。 

概括地說，LED驅動也是開關電源的一種，只是它有幾點特殊性，也是這類開關電源的共性，所以習慣上把它分類稱為LED驅動了。

這幾點特殊性是： 

它的電壓輸出是3.2的倍數(shù)，就是說電壓輸出的形式為3.2V、6.4V、9.6V、12.8V，但最多一般不超過25.6V。因為超過這個數(shù)后，在開啟LED的時候，會因產品的一致性不好而發(fā)生瞬間燒毀最后導通的那只LED的可能性。而且這個電壓也不是恒定的，是隨負載的變化而變化，以達到恒流的目的。

它的輸出電流是恒定的，理想的電路是無論LED的特性曲線怎么變化，驅動電源的電流保持不變。但限于元件精度，還是會有少量的變化的，而這個變化也是判斷驅動電路是否優(yōu)秀的重要參數(shù)，LED的導通與電壓的函數(shù)是一個非線性的“三段”關系，所以保持恒流非常重要。

它的啟動是軟啟動。由于LED的一致性非常差，并且在導通時內部PN結的活性發(fā)生瞬間變化，所以LED的驅動一般設計為軟啟動，來避開這個缺陷。

它的電路要求最簡單，因為很多時候，要求電路裝在一個很小的空間里，以配合LED照明的方便性，所以電路應盡可能的簡單，這樣也能節(jié)約成本、減少能耗。

它一般不要求隔離，因為很多產品是類似于普通照明燈一樣的結構，安全方面可與照明燈相仿就是。但這第一條是一個“選讀項”，大家在了解的時候不要有誤解，因為有的驅動還是需要隔離的，這個特點只適用于我們目前流行的電路，而不一定適合以后的電路發(fā)展需要。

綜上所述，可以認為：軟啟動、恒流、階躍電壓、電路簡單是它的特點。

這里再指出一點：

很多人片面的強調恒流，但卻閉口不提電壓，是不對的。因為恒流的概念與電壓無關，比如一個電源，如果僅僅是30V輸出的恒流，那么當你開路的時候，它的電壓就是30V了；這時你如果接上LED，那么這個直接用PN結工作的元件，會在最精確電路的反應之前燒掉的。

因為任何電路都需要有反應時間，而電路里的工作器件就是半導體。PN結在電源給出取樣信號后才能反應過來，而LED的PN結直接就開始工作了，所以它的“反應”比電路中“眾多的PN結配合”來得快，提前燒掉！當然也有特殊場合下用這種驅動的，但這種LED的驅動不允許輸出端開路的。準確的說是“不允許輸出端開路后再接上LED”。

首先我們來看一下能夠影響到EMI/EMC的幾個因素：驅動電源的電路結構;開關頻率、接地、PCB設計、智能LED電源的復位電路設計。

由于最初的LED電源就是線性電源，但是線性電源在工作時會以發(fā)熱的形式損耗大量能量。線性電源的工作方式，使他從高壓變低壓必須有將壓裝置，一般的都是變壓器， 再經過整流輸出直流電壓。雖然笨重，發(fā)熱量大，優(yōu)點是，對外干擾小，電磁干擾小，也容易解決。而現(xiàn)在使用比較多的LED開關電源，都是以 PWM形式的LED驅動電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷狀態(tài)。在導通時，電壓低，電流大;關斷時，電壓高，電流小，因此功率半導體器件上所產生的損耗 也很小。缺點比較明顯的是，電磁干擾(EMI)也更嚴重。

LED電源的電磁兼容出現(xiàn)問題一般是開關電路的電源中。而開關電路是開關電源的主 要干擾源之一。開關電路是LED驅動電源的核心，開關電路主要由開關管和高頻變壓器組成。它產生的du/dt具有較大幅度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。

這種高頻脈沖干擾產生的主要原因是：開關管負載為高頻變壓器初級線圈，是感性負載。導通瞬間，初級線圈產生很大的涌流，并在初級線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓;斷開瞬間，由于初級線圈的漏磁通，致使部分能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈，電路中形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關斷電壓上，形成關斷電壓尖 峰。高頻脈沖產生更多的發(fā)射，周期性信號產生更多的發(fā)射。在LED電源系統(tǒng)中，開關電路產生電流尖峰信號，而當負載電流變化時也會產生電流尖峰信號。這就是電磁干擾根源之一。

基本上在所有電磁干擾問題的題目中，主要是因為不適當?shù)慕拥匾鸬?。有三種信號接地方法：單點、多點和混合。在開關電路頻率低于1MHz時，可采用單點接地方法，但不適宜高頻;在高頻應用中，最好采用多點接地。

混合接地是低頻用單點接地，而高頻用多點接地的方法。地線布局是關鍵，高頻數(shù)字電路和低電平模擬電路的接地電路盡不能混合?？梢哉f適當?shù)挠∷㈦娐钒?PCB)布線對防止EMI是至關重要的。

在LED電源中，有不少智能LED電源采用單片機控制，并且有的LED電源采用單片機控制開關電路的占空比，單片機的看門狗系統(tǒng)對整個LED電源的運行起著特別重要的作用，由于所 有的干擾源不可能全部被隔離或往除，一旦進進CPU干擾程序的正常運行，那么復位系統(tǒng)結合軟件處理措施就成了一道有效的糾錯防御的屏障了。

常用的復位系統(tǒng)有以下兩種： 

①外部復位系統(tǒng)。外部“看門狗”電路可以自己設計也可以用專門的“看門狗”芯片來搭建。這樣，假如程序系統(tǒng)陷進一個死循環(huán)，而該循環(huán)中恰巧有著“喂狗”信號的話，那么該復位電路就無法實現(xiàn)它的應有的功能了。

②現(xiàn)在越來越多的LED電源都帶有自己的片上復位系統(tǒng)，這樣用戶就可以很方便的使用其內 部的復位定時器了，但是，有些智能LED電源的控制電路復位指令太過于簡單，這樣也會存在象上述死循環(huán)那樣的“喂狗”指令，使其失往監(jiān)控作用。

要解決LED驅動電源的電磁干擾問題，從硬件上可從以下幾個方面入手：

1.減少開關電源本身的干擾：軟開關技術，在原有的硬開關電路中增加電感和電容元件，利用電感和電容的諧振，降低開關過程中的du/dt和di/dt，使開關器件開通時電壓的下降先于電 流的上升，或關斷時電流的下降先于電壓的上升，來消除電壓和電流的重疊。開關頻率調制技術，通過調制開關頻率fc，把集中在fc及其諧波2fc、3fc… 上的能量分散到它們周圍的頻帶上，以降低各個頻點上的EMI幅值。元器件的選擇，選擇不易產生噪聲、不易傳導和輻射噪聲的元器件。通常特別值得注意的是， 二極管和變壓器等繞組類元器件的選用。反向恢復電流小、恢復時間短的快速恢復二極管是開關電源高頻整流部分的理想器件。

合理使用電磁干擾濾波器，EMI濾波器的主要目的之一，電網噪聲是電磁干擾的一種，它屬于射頻干擾(RFI)，其傳導噪聲的頻譜大致為10KHz~30MHz，最高可達150MHz.在一 般情況下，差模干擾幅度小，頻率低，所造成的干擾較小;共模干擾幅度大，頻率高，還可以通過導線產生輻射，所造成的干擾較大。欲削弱傳導干擾，最有效的方 法就是在開關電源輸入和輸出電路中加裝電磁干擾濾波器。LED電源一般采用簡易式單級EMI濾波器，主要包括共模扼流圈和濾波電容。EMI濾波器能有效抑 制開關電源適配器的電磁干擾。

2.通過切斷干擾信號的傳播途徑來減少電磁干擾問題：第一種情況是電源線干擾可以使用電源線濾 波器濾除。一個合理有效的開關電源EMI濾波器應該對電源線上差模和共模干擾都有較強的抑制作用。改善PCB板的電磁兼容性設計PCB是LED電源系統(tǒng)中 電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著電子技術的飛速發(fā)展，PCB的密度越來越高。

PCB設計的好壞對LED電源系統(tǒng)的電磁 兼容性影響很大。實踐證實，即使電路原理圖設計正確，印刷電路板設計不當，也會對LED電源系統(tǒng)的可靠性產生不利影響。PCB抗干擾設計主要包括PCB布 局、布線及接地，其目的是減小PCB的電磁輻射和PCB上電路之間的串擾。還有，一般變壓器電磁干擾引發(fā)的交流聲頻率一般為50HZ左右，而地線布線不當 導致的交流聲，由于整流電路的倍頻作用頻率約為100HZ，仔細區(qū)分還是可以察覺的。因此，在設計印刷電路板的時候，應留意采用正確的方法，遵守PCB設 計的一般原則，并應符合抗干擾的設計要求。

3.主動大幅增強受干擾體的抗干擾能力：在LED電源系統(tǒng)中輸進/輸出也是干擾源 的傳導線，和接收射頻干擾信號的拾檢源，我們設計時一般要采取有效的措施：采用必要的共模/差模抑制電路，同時也要采取一定的濾波和防電磁屏蔽措施以減小 干擾的進進。在條件許可的情況下盡可能采取各種隔離措施(如光電隔離或者磁電隔離)，從而阻斷干擾的傳播。防雷擊措施，室外使用的LED電源系統(tǒng)或從室外 排擠引進室內的電源線、信號線，要考慮系統(tǒng)的防雷擊題目。常用的防雷擊器件有：氣體放電管、TVS(Transient Voltage Suppression)等。氣體放電管是當電源的電壓大于某一數(shù)值時，通常為數(shù)十V或數(shù)百V，氣體擊穿放電，將電源線上強沖擊脈沖導進大地。TVS可以 看成兩個并聯(lián)且方向相反的齊納二極管，當兩端電壓高于某一值時導通。其特點是可以瞬態(tài)通過數(shù)百乃上千A的電流。

通過本文我們可以總結出針對于LED電源EMC/EMI的主要幾個控制技術是：電路措施、EMI濾波、元器件選擇、屏蔽和印制電路板抗干擾設計等。如果能正確合理的對這些問題進行解決，順利通過3C認證，不是問題!以上就是LED驅動電源設計的一些解析，希望能給大家?guī)椭?/span>

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 2020-06-10 10:00:00

田世帥

安森美半導體現(xiàn)場應用工程師

田世帥是安森美半導體現(xiàn)場應用工程師，他于2017年加入安森美半導體，專注于無線及醫(yī)療產品的技術支持工作，他擁有10年以上的豐富經驗。田世帥畢業(yè)于河南科技大學電子信息科學與技術專業(yè)。