ЭМС LED светильников

Стандартный пример схемы блока питания светодиодного светильника, с использованием обычных электронных элементов показан на рисунке 1. Блок питания такого вида приведет к чрезмерным излучение в эфир и кондуктивные эмиссии. Один из вариантов снизит излучение в эфир является использования экранированного корпуса.
Экранированный корпус увеличит паразитную емкость между корпусом и печатной платой. Это может увеличит синфазные электромагнитные помехи, до такой степени чтоб не пройти ЭМС тести на эмиссию.
На входе LED драйвера должен быть добавлен фильтр чтоб ликвидировать электромагнитные помехи и излучения в эфир от LED светильника. Аналогичная ситуация с выходом постоянного тока LED драйвера. Может понадобится выходной фильтр чтоб снизить электромагнитные излучение.

Основная проблема LED светильников, высокочастотные источники питания, которые создают широкий спектр помех на входе переменного тока и выходе постоянного тока LED драйвера. Правильное применение экранов и фильтров, может снизить проблемы с помехами, но не ликвидировать их.

Лучшим решением было бы избежать создания высоко-​частотных кондуктивных помех и излучаемых помех в эфире без применения фильтров. Это возможно за счет использования новых силовых компонентов, которые применяют технологию мягкого переключения для минимизации пульсации токов или распространять энергию помех в широком частотном диапазоне.


Рисунок 1: Типовая конструкция LED драйвера. Эмиссия магнитного поля является результатом утечки в первичной обмотки, контуре на печатной плате, вторичной обмотки и контуре на печатной плате. Электрическое поле является результатом высокоскоростного изменения напряжения на проводящих поверхностях и высокочастотные пульсации тока и напряжения в кабелях.


Корректор коэффициента мощности (PFC) является наиболее распространенным блоком в современных светодиодных (LED) драйверов. Корректор коэффициента мощности (PFC) предназначен для активной фильтрации тока сети. Корректор коэффициента мощности приближает фазовый сдвиг между током и напряжением источника к нулю и формирует синусоидальную форму тока, потребляемого от сети. Корректор коэффициента мощности (PFC) является промежуточным звеном в схеме импульсного источника питания, включенным между выходом входного выпрямителя и входом конвертора напряжения.

Это очень важная часть LED драйвера чтоб успешно пройти ЭМС тестирование на низкочастотные эмиссии по стандарту EN 61000−3−2. Согласно стандарту EN 61000−3−2 корректор коэффициента мощности (PFC) является обязательным, если мощность LED светильника превышает 25Вт. На рисунке 2 показаны результаты измерений низкочастотных эмиссий светодиодного светильника с корректором коэффициента мощности и без корректора коэффициента мощности. В случае с корректором коэффициента мощности потребляемый ток LED светильника почти синусоидальный, а без корректора коэффициента мощности ток в форме импульсов.



Рисунок 2 Низкочастотные эмиссии LED светильника с корректором коэффициента мощности и без корректора коэффициента мощности; Измерения по стандарту EN 61000−3−2

Помехи создаются LED драйвером и через провода (провод питания) перемешается в сеть питания и распространяется. Эмиссия помех LED светильников должна соответствовать международному стандарту EN 55015 или EN 55015. Помехи должны быть измерены на всех подключённых кабелях, включая кабель питания, провода к вспомогательному оборудованию, контроллеры и т.д. Обычно существует только один кабель, это кабель питания.
Чтоб снизит эмиссии помех, применяются фильтры. Правильное проектирование и выбор фильтра решит вопрос с электромагнитной совместимости. На рисунке 3 пример LED светильника у которого эмиссия помех выше чем допускается EN 55015. На рисунке 4 пример LED светильника, который соответствует требованием по стандарту EN 55015. Кондуктивные помехи измеряется двумя EMI детекторами – квазипиковый детектор (QP) и детектором средней величины (AV). Потому на графиках указаны две предельные линии. Измерение квазипикового детектора должны быть ниже предельной линии QP и измерения детектора средней величины должно быть ниже предельной линии AV. Предельная линия квазипикового измерения начинается с 9 кГц и квазипиковые измерения должны начиная с 9 кГц, в то время как измерения с детектором средней величин должно начинаться с 150 Гц.


Рисунок 3 Эмиссии LED светильника соответствует EN 55015


Рисунок 4 Эмиссии LED светильника не соответствует EN 55015

Обычно первое измерение делается с помощью пикового детектора (синий) вместо квазипикового детектора, так как время измерения пикового детектора быстрее. После этого, подозрительные пики эмиссии переоцениваются (перемеряется) с квазипиковым детектором – окончательное измерение (синие квадраты). В случае с детектором средней величины, измерения проводится только с помощью AV детектора.

Источник электромагнитных эмиссии в эфир LED светильников, это высокочастотные составляющие тока, которые распространяется по проводами и другими металлическими конструкциями которые достаточно длинные, чтоб выполнять роль антенны (кабель питания, светодиодная цепь и провода для соединения, металлический корпус и т.д.).

Источник помех это LED драйвер. Результаты измерения электромагнитных эмиссий разных LED светильников представлены на рисунке 4 – 6. Излучение в эфир измеряется с помощью антенной магнитного поля в частотном диапазоне 9 кГц-​30 МГц, с помощью антенны электромагнитного поля в частотном диапазоне 30MHz-​300MHz. Измерения проводятся только с использованием квазипикового детектора (QP).


Рисунок 5 LED светильник. Излучение в эфир в диапазоне 9 кГц-​30 МГц, по стандарту EN 55015


Рисунок 6 LED светильник. Излучение в эфир в диапазоне 30MHz-​300MHz, по стандарту EN 55015


Рисунок 7 LED светильник. Излучение в эфир в диапазоне 30MHz-​300MHz, по стандартуEN 55015. Не соответствует требованиемEN 55015.