灌胶LED驱动电源EMI特性与抑制技术研究

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LED作为第四代绿色照明光源,以其节能高效、寿命长久等优点被广泛应用于多种照明领域。而LED驱动电源作为LED照明的关键环节,它的可靠性、稳定性直接影响LED的寿命。因此对于较大功率的户外LED驱动电源,通常会对其进行灌封处理,增强其导热性和防水防尘等防护等级。然而由于灌封胶的介电常数要比空气大,电源灌胶后噪声传播的空间介质改变,导致噪声传播路径的阻抗发生变化,也带来对传导干扰的影响。因此本文以户外LED驱动电源为研究对象,对灌胶对LED驱动电源的传导EMI特性进行分析,从主电路和滤波器元件两个方面分析灌胶导致传导EMI噪声恶化的原因,并根据分析结果进行传导干扰抑制技术研究。首先,分析了灌胶对主电路电场耦合的影响。当LED驱动电源灌胶后,元器件周围的介质特性改变,导线之间的寄生电容,电位变化点对金属外壳的寄生电容也发生改变,从而影响噪声的传播特性。在分析主电路电场耦合的基础上,利用场仿真软件提取主电路灌胶前、后的寄生电容参数,并建立电场耦合模型,从而定量的分析主电路各个寄生电容的改变对电磁干扰的影响。其次,分析了灌胶对滤波器磁性元件近场耦合的影响。由于滤波器的磁性元件周围存在电磁场泄露,与其它元件产生近场耦合。传统分析主要考虑磁性元件间的磁场耦合,而忽略了电场耦合的影响,本文综合考虑了磁性元件间的磁场耦合和电场耦合特性,并用网络分析仪测量S参数计算得到磁性元件间的近场耦合参数,建立了差模干扰和共模干扰的近场耦合仿真模型,对比灌胶前、后的插入电压增益,发现其幅值增加区间与LED驱动电源灌胶后传导噪声恶化频段较一致。最后,考虑元器件的高频电路模型、并结合主电路及滤波器的近场耦合模型,建立全电路时域EMI仿真模型,分别对比灌胶前、后的仿真与实测的传导EMI噪声,结果表明两者具有较好的一致性。从而为LED驱动电源灌胶后的传导EMI特性的分析及预测提供了理论分析方法。最后根据前面的分析结果采用部分灌胶和改进滤波器的设计这两种方法来改善所研究样机的传导干扰噪声,实验测试证明了效果有效性。
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