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摘要：LED开关电源在安防设备，照明，舞台灯光设备等领域中获得了广泛应用，在舞台灯光应用中主要是完成交流输入电压到直流电压的变换，具有体积小，重量轻，功耗小，效率高，输入电压和频率范围宽，可靠性高等优点。但由于开关频率高，在快速电流，电压变化和功率变换中会产生谐波和尖峰干扰，对周围设备具有一定的电磁辐射干扰，同时还易受浪涌电压的冲击造成工作可靠性变差并且影响自身电路及其他电子设备的正常工作。
关键词：LED开关电源;EMC设计;浪涌电压
LED开关电源的EMC设计方案
1.1 EMC的影响因素
在工程应用环境中，EMI（Electro Magnetic Interference，电磁干扰）是广泛存在的。EMI既来源于地球磁场环境，也产生于LED开关电源工作区间内多种用电设备的电磁辐射[2]。EMI的存在会对LED开关电源的控制信号产生干扰，同时也会激发电磁耦合作用从而降低LED开关电源内部元器件的使用寿命。一般来说，影响LED开关电源EMC设计的因素主要包括驱动电源的电路结构、开关频率、接地方式、PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）布线设计等。
（1）驱动电源电路结构对LED开关电源EMC设计的影响。当前LED开关电源摒弃了传统的输入-输出线性变化的工作模式，主要采用PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）的方式进行工作;这种方式能够将模拟信号转换为脉冲信号，从而实现模拟信号向数字信号的转变，并且所得到的数字信号的工作周期固定、信号输出具有一定的稳定性。这种信号转换方式有利于实现能量的均匀输出与调节，尤其是应用于LED开关电源时能辅助电源光线亮度实现均匀调节。但是，这种电路结构中因为引入了晶体管并且通过对晶体管的频繁导通与中断控制实现脉冲变换，容易引发EMI现象，从而对EMC设计带来压力[3]。
（2）开关频率对LED开关电源EMC设计的影响。LED开关电源中，开关电路主要由开关管和高频变压器组成，两者中均含有较多的电感线圈从而具有感性负载的性质，因此在电压频率变化时会对外发射电磁波，从而造成EMI现象。
（3）接地方式对LED开关电源EMC设计的影响。当前，为了有效接地并导流，一般采用单点接地、多点接地和混合接地等三种方式。决定接地方式选择的因素中，频率大小往往是决定性的;如果接地方式与频率不匹配，不能通过接地导流实现对频率变化的干预，必然会产生EMI现象，从而对EMC设计产生影响。
1.2 EMC设计方案
为了配合做好LED开关电源的EMC设计，可以采用的技术措施主要有：减少开关电源本身的干扰、切断干扰信号的传播途径、增强受干扰体的抗干扰能力等。
（1）减少开关电源本身的干扰。针对很多开关电源具有感性负载的实际，可以在进行EMC设计时，适当引入电容元件，利用电容与电感的谐振降低电路通断过程中由于电压或者电流瞬变引发的EMI;在进行LED开关电源EMC设计时，可以采用开关频率调制技术实现通断瞬间大幅度变化频率的滤除，使电源变化频率与接地方式相匹配，从而减少EMI;在进行电路PCB布线设计时，可以适当选用反向恢复电路少、恢复时间短的快速恢复二极管取代普通二极管的使用，同时尽量减少变压器线圈绕组的匝数，增强电源高频整流能力，从而实现高效EMC设计。
（2）切断干扰信号的传播途径。为了增强LED开关电源的EMC能力，可以采用差模/共模干扰抑制技术设计EMI滤波器接地和屏蔽方法，对外界进入开关电源中的干扰信号进行有效滤除，保护电源内部元器件稳定工作;基于PCB进行电路设计时，需要根据经验公式减少PCB的EMI和电路之间的串联干扰：
式中，J（t）表示电磁干扰强度，Jpeak表示电磁干扰强度极值，tj表示PCB电路板有效工作时间。由式（1）可以看出，PCB中EMI和电路之间的串联干扰的强度是时间的函数，同时最容易受到电磁干扰强度极值的影响，因此进行PCB设计时需要规划好线路之间的走向和几何距离，减少EMI的产生。
（3）增强受干扰体的抗干扰能力。在LED开关电源电路中，电源导线和射频信号接收元件是最容易受到EMI影响的;为了增强这两部分的抗干扰能力，进行开关电源电路设计时，采用必要的共模/差模抑制电路，同时也要采取一定的滤波和防电磁屏蔽措施以减小干扰的进进，在条件许可的情况下尽可能采取各种隔离措施（如光电隔离或者磁电隔离），从而阻断干扰的传播。
0 LED开关电源处理浪涌电压的基本方法
2.1 浪涌电压的产生原因
当强大的瞬变电压在极短时间内出现在电路内部时，会产生剧烈的脉冲强度，对电路性能产生不良影响甚至破坏电路结构的稳定性，这一现象被称为“浪涌现象”。浪涌现象最直接的表现是电路电压的突变，电压强度瞬间增强、引发强大的功率变化;造成这一现象的原因，一般来说有雷电和大型负载通断两种情况。
（1）雷电产生浪涌电压。雷电发生时，会引发极为强烈的电磁暂态冲击过程，导致电磁脉冲冲击电路元器件，如果接地处理效果不好极易引发元器件超负荷工作或者内部连接被熔断，从而造成工作不稳定。
（2）大型负载通断产生浪涌电压。LED开关电源在通断过程中，由于电网中存在感性负载，瞬态变化的电压强度得不到有效释放，会形成浪涌电压，对电路中的诸如保险丝、整流二极管等压敏元器件产生冲击，造成工作性能发生恶化。
2.2 消除浪涌电压的措施方法
为了有效消除浪涌电压，在进行LED开关电源设计时，可以采用压敏电阻和气体放电管的组合形式。在接地电路中串接入压敏电阻，当浪涌电压涌入电路时压敏电阻会形成分压作用，从而减少浪涌现象的冲击，对后级电路形成保护作用;气体放电管一般串接入电源接地线中，当浪涌电压超过电源电路承受能力时，会自动熔断从而形成对后级电路的保护。
1 结论
LED開关电源在各种灯光设计中有广泛的应用，具有体积小，成本低，效率高，输入电压范围宽和输出稳定性能好等特点，由于电感变压器等磁性器件自身引起电磁干扰也容易受到外界设备的电磁干扰对于雷电电网过压瞬变，这些主要表现为EMI和浪涌电压。因此，应用LED开关电源在维持稳定输出时，需要做好EMC设计和浪涌电压的防护。本文中，作者探究了LED开关电源中EMI和浪涌电压的产生原因，有针对性地提出了EMC设计方案和消除浪涌电压的措施方法，对于相关专业工程技术人员具有借鉴作用;在实际工程应用中，应该合理机箱结构设计，接地设计和线束布线设计，输入线与输出应屏蔽隔离，主电路线和控制信号线应分开走线并结合实际要求对以上措施方法进行EMC整改和系统优化设计，重点围绕电路设计方案开展，以增强这些措施的可执行性。
参考文献
[1]钱立国， 贺胜民. 一种防雷击浪涌的开关电源电路设计[J]. 中国建设动态：阳光能源， 2009.
[2]张科昌. 开关电源EMC及元器件选择[J]. 中国电子商情：基础电子， 2008， 000（010）：51-52.
[3]刘力涛. 符合EMC的开关电源设计要点[J]. 机械制造文摘：焊接分册， 2004， 000（001）：P.25-26.
关键词：LED开关电源;EMC设计;浪涌电压
LED开关电源的EMC设计方案
1.1 EMC的影响因素
在工程应用环境中，EMI（Electro Magnetic Interference，电磁干扰）是广泛存在的。EMI既来源于地球磁场环境，也产生于LED开关电源工作区间内多种用电设备的电磁辐射[2]。EMI的存在会对LED开关电源的控制信号产生干扰，同时也会激发电磁耦合作用从而降低LED开关电源内部元器件的使用寿命。一般来说，影响LED开关电源EMC设计的因素主要包括驱动电源的电路结构、开关频率、接地方式、PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）布线设计等。
（1）驱动电源电路结构对LED开关电源EMC设计的影响。当前LED开关电源摒弃了传统的输入-输出线性变化的工作模式，主要采用PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）的方式进行工作;这种方式能够将模拟信号转换为脉冲信号，从而实现模拟信号向数字信号的转变，并且所得到的数字信号的工作周期固定、信号输出具有一定的稳定性。这种信号转换方式有利于实现能量的均匀输出与调节，尤其是应用于LED开关电源时能辅助电源光线亮度实现均匀调节。但是，这种电路结构中因为引入了晶体管并且通过对晶体管的频繁导通与中断控制实现脉冲变换，容易引发EMI现象，从而对EMC设计带来压力[3]。
（2）开关频率对LED开关电源EMC设计的影响。LED开关电源中，开关电路主要由开关管和高频变压器组成，两者中均含有较多的电感线圈从而具有感性负载的性质，因此在电压频率变化时会对外发射电磁波，从而造成EMI现象。
（3）接地方式对LED开关电源EMC设计的影响。当前，为了有效接地并导流，一般采用单点接地、多点接地和混合接地等三种方式。决定接地方式选择的因素中，频率大小往往是决定性的;如果接地方式与频率不匹配，不能通过接地导流实现对频率变化的干预，必然会产生EMI现象，从而对EMC设计产生影响。
1.2 EMC设计方案
为了配合做好LED开关电源的EMC设计，可以采用的技术措施主要有：减少开关电源本身的干扰、切断干扰信号的传播途径、增强受干扰体的抗干扰能力等。
（1）减少开关电源本身的干扰。针对很多开关电源具有感性负载的实际，可以在进行EMC设计时，适当引入电容元件，利用电容与电感的谐振降低电路通断过程中由于电压或者电流瞬变引发的EMI;在进行LED开关电源EMC设计时，可以采用开关频率调制技术实现通断瞬间大幅度变化频率的滤除，使电源变化频率与接地方式相匹配，从而减少EMI;在进行电路PCB布线设计时，可以适当选用反向恢复电路少、恢复时间短的快速恢复二极管取代普通二极管的使用，同时尽量减少变压器线圈绕组的匝数，增强电源高频整流能力，从而实现高效EMC设计。
（2）切断干扰信号的传播途径。为了增强LED开关电源的EMC能力，可以采用差模/共模干扰抑制技术设计EMI滤波器接地和屏蔽方法，对外界进入开关电源中的干扰信号进行有效滤除，保护电源内部元器件稳定工作;基于PCB进行电路设计时，需要根据经验公式减少PCB的EMI和电路之间的串联干扰：
式中，J（t）表示电磁干扰强度，Jpeak表示电磁干扰强度极值，tj表示PCB电路板有效工作时间。由式（1）可以看出，PCB中EMI和电路之间的串联干扰的强度是时间的函数，同时最容易受到电磁干扰强度极值的影响，因此进行PCB设计时需要规划好线路之间的走向和几何距离，减少EMI的产生。
（3）增强受干扰体的抗干扰能力。在LED开关电源电路中，电源导线和射频信号接收元件是最容易受到EMI影响的;为了增强这两部分的抗干扰能力，进行开关电源电路设计时，采用必要的共模/差模抑制电路，同时也要采取一定的滤波和防电磁屏蔽措施以减小干扰的进进，在条件许可的情况下尽可能采取各种隔离措施（如光电隔离或者磁电隔离），从而阻断干扰的传播。
0 LED开关电源处理浪涌电压的基本方法
2.1 浪涌电压的产生原因
当强大的瞬变电压在极短时间内出现在电路内部时，会产生剧烈的脉冲强度，对电路性能产生不良影响甚至破坏电路结构的稳定性，这一现象被称为“浪涌现象”。浪涌现象最直接的表现是电路电压的突变，电压强度瞬间增强、引发强大的功率变化;造成这一现象的原因，一般来说有雷电和大型负载通断两种情况。
（1）雷电产生浪涌电压。雷电发生时，会引发极为强烈的电磁暂态冲击过程，导致电磁脉冲冲击电路元器件，如果接地处理效果不好极易引发元器件超负荷工作或者内部连接被熔断，从而造成工作不稳定。
（2）大型负载通断产生浪涌电压。LED开关电源在通断过程中，由于电网中存在感性负载，瞬态变化的电压强度得不到有效释放，会形成浪涌电压，对电路中的诸如保险丝、整流二极管等压敏元器件产生冲击，造成工作性能发生恶化。
2.2 消除浪涌电压的措施方法
为了有效消除浪涌电压，在进行LED开关电源设计时，可以采用压敏电阻和气体放电管的组合形式。在接地电路中串接入压敏电阻，当浪涌电压涌入电路时压敏电阻会形成分压作用，从而减少浪涌现象的冲击，对后级电路形成保护作用;气体放电管一般串接入电源接地线中，当浪涌电压超过电源电路承受能力时，会自动熔断从而形成对后级电路的保护。
1 结论
LED開关电源在各种灯光设计中有广泛的应用，具有体积小，成本低，效率高，输入电压范围宽和输出稳定性能好等特点，由于电感变压器等磁性器件自身引起电磁干扰也容易受到外界设备的电磁干扰对于雷电电网过压瞬变，这些主要表现为EMI和浪涌电压。因此，应用LED开关电源在维持稳定输出时，需要做好EMC设计和浪涌电压的防护。本文中，作者探究了LED开关电源中EMI和浪涌电压的产生原因，有针对性地提出了EMC设计方案和消除浪涌电压的措施方法，对于相关专业工程技术人员具有借鉴作用;在实际工程应用中，应该合理机箱结构设计，接地设计和线束布线设计，输入线与输出应屏蔽隔离，主电路线和控制信号线应分开走线并结合实际要求对以上措施方法进行EMC整改和系统优化设计，重点围绕电路设计方案开展，以增强这些措施的可执行性。
参考文献
[1]钱立国， 贺胜民. 一种防雷击浪涌的开关电源电路设计[J]. 中国建设动态：阳光能源， 2009.
[2]张科昌. 开关电源EMC及元器件选择[J]. 中国电子商情：基础电子， 2008， 000（010）：51-52.
[3]刘力涛. 符合EMC的开关电源设计要点[J]. 机械制造文摘：焊接分册， 2004， 000（001）：P.25-26.