技術(shù)講座：LED燈泡的噪聲對(duì)策

　　差模噪聲電流沿差動(dòng)方向流動(dòng)

　　傳導(dǎo)噪聲的對(duì)策分三種情況實(shí)施：①差模噪聲較大、共模噪聲較小時(shí)；②共模噪聲較大、差模噪聲較小時(shí)；③兩種噪聲都比較大時(shí)。

　　首先介紹一下①差模噪聲較大、共模噪聲較小時(shí)的對(duì)策。差模噪聲的電流在AC電源線上沿差動(dòng)方向流動(dòng)。因此，無法在普通的共模扼流圈上衰減。這是因?yàn)?，共模扼流圈?duì)于同相方向（共模）的電流會(huì)產(chǎn)生電感，但對(duì)于差動(dòng)方向（差模）的電流幾乎不產(chǎn)生電感。

　　因此，作為差模噪聲的對(duì)策，一般采用差模扼流圈和接在AC電源線兩端的電容器（以下簡(jiǎn)稱“X電容”）。通過這兩個(gè)部件，在被測(cè)物體內(nèi)形成使流經(jīng)AC電源線的差模噪聲電流返回噪聲源的路徑（圖7（a））。

　　圖7：利用差模扼流圈和X電容抑制電磁噪聲

　　為抑制差模噪聲，利用差模扼流圈和X電容，在產(chǎn)品內(nèi)形成使流經(jīng)AC電源線的差模噪聲電流返回噪聲源的路徑（a）。如果是共模噪聲，一般使用Y電容來抑制噪聲，不過在照明產(chǎn)品的電源電路中，其效果不充分。因此通過在Y電容上追加共模扼流圈或僅利用共模扼流圈來抑制共模噪聲（b）。

　　利用差模扼流圈能提高AC電源線的阻抗，使噪聲電流不易流動(dòng)。然后在此基礎(chǔ)上，利用X電容降低AC電源線間的阻抗，使噪聲電流返回噪聲源。該方法可防止電磁噪聲傳導(dǎo)至產(chǎn)品以外。

　　扼流圈對(duì)策

　　接下來介紹②共模噪聲較大、差模噪聲較小時(shí)的噪聲抑制方法。在共模噪聲中，由于噪聲電流在AC電源線上沿同相方向（共模）流動(dòng)，因此即使在AC電源線兩端接入X電容也沒有作用。利用電容抑制噪聲時(shí)，采用引導(dǎo)噪聲電流流向大地的電容器（以下簡(jiǎn)稱“Y電容”，圖7（b））。

　　不過，一般情況下利用Y電容降低共模噪聲的效果不明顯。因此，需要有效利用扼流圈。為提高AC電源線的阻抗、減少共模噪聲電流，將電感值較高的共模扼流圈或差模扼流圈接入電源的一次側(cè)。共模扼流圈針對(duì)流向同相方向的噪聲電流能獲得大阻抗，因此適用于共模噪聲對(duì)策。

　　利用混合扼流圈抑制噪聲

　?、鄄钅Ｔ肼暫凸材Ｔ肼暰容^大時(shí)，需要針對(duì)各類型的噪聲分別采取對(duì)策，這樣會(huì)導(dǎo)致所需元件增加，是造成成本上升和阻礙小型化的因素。

　　這種情況下，同時(shí)擁有共模扼流圈和差模扼流圈兩種功能的“混合扼流圈”最為有效。

　　混合扼流圈與相同尺寸的共模扼流圈具備相同程度的共模阻抗，和更高的差模阻抗（圖8）?；旌隙罅魅€備有扁平形狀的品種，可根據(jù)產(chǎn)品尺寸選擇。

　　圖8：混合扼流圈具備較高的差模阻抗

　　混合扼流圈不但具備與相同尺寸的共模扼流圈相同程度的共模阻抗，還具有更高的差模阻抗。

　　LED照明器具的電磁噪聲對(duì)策，關(guān)鍵在于電子元件的配置

　　以上是抑制源于電源部的傳導(dǎo)噪聲的方法概要。接下來將介紹LED照明器具電源部抑制噪聲的實(shí)例。

　　在LED照明器具的電源部，需要采取噪聲對(duì)策的部分大致有三處，分別是電源一次側(cè)整流前和整流后，以及電源二次側(cè)。

　　本文將介紹針對(duì)噪聲模式最容易凸顯部件效果的一次電源側(cè)整流前部分的對(duì)策。該部分相當(dāng)于上述AC電源線。

　　第一個(gè)要介紹的是LED吊燈的傳導(dǎo)噪聲對(duì)策。在探尋對(duì)策之前，必須正確測(cè)量傳導(dǎo)噪聲。

　　首先，只以X電容為對(duì)策元件，利用V型人工電源網(wǎng)絡(luò)測(cè)量了LED吊燈的傳導(dǎo)噪聲。經(jīng)測(cè)量確認(rèn)，在150k～10MHz的大頻帶范圍內(nèi)產(chǎn)生了噪聲（圖9）。

　　圖9：LED吊燈的傳導(dǎo)噪聲對(duì)策示例

　　本圖為L(zhǎng)ED吊燈的傳導(dǎo)噪聲對(duì)策示例。從圖中可知，元件的種類和配置不同，產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲的頻率特性也會(huì)變化。因此，利用X電容和混合扼流圈，是最有效而且元件個(gè)數(shù)最少的對(duì)策。

　　接下來，改用Δ型人工電源網(wǎng)絡(luò)測(cè)量各噪聲模式。在大頻率范圍內(nèi)發(fā)生了共模噪聲，而差模噪聲發(fā)生在1MHz左右的低頻帶范圍。也就是說，LED吊燈的傳導(dǎo)噪聲混合了兩種噪聲模式。

　　作為噪聲水平較高的共模噪聲對(duì)策，①安裝了標(biāo)準(zhǔn)的共模扼流圈（3mH）。這樣做雖然共模噪聲大幅衰減，但差模噪聲并沒有衰減，因此低頻帶范圍的電磁噪聲依然高于規(guī)定值。

　　注意對(duì)策元件的相互作用

　　為抑制低頻帶的電磁噪聲，②追加了差模扼流圈（2.2mH）。這樣雖然降低了差模噪聲，但L1和L2的噪聲大小出現(xiàn)了差異。由于只在L1側(cè)追加了差模扼流圈，因此只有L1側(cè)的噪聲減小了。

　　為了修正這種不均衡，我們③試著改變了X電容的位置。這樣一來，L1的噪聲增大了，L1和L2的噪聲大小變得基本一樣。但這并不能解決問題。因此，作為消除不均衡的其他方法，我們④恢復(fù)了X電容的位置，在L2中追加了差模扼流圈（2.2mH）。也就是說，在L1和L2中分別安裝了差模扼流圈。這次，不但L1和L2的噪聲大小基本相同了，而且全部大幅衰減。不過又出現(xiàn)了一個(gè)新問題，那就是1MHz附近的共模噪聲增加了。

　　估計(jì)原因是，差模扼流圈的電感與共模扼流圈自身分布電容的串聯(lián)共振導(dǎo)致1MHz附近的共模阻抗降低了。

　　如上所述，元件間的相互作用有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電磁噪聲增強(qiáng)。作為解決對(duì)策，有⑤采用混合扼流圈的方法。

　　通過采用混合型扼流圈，可獲得相當(dāng)于采用一個(gè)共模扼流圈和兩個(gè)差模扼流圈的效果。另外，在抑制元件間相互作用的影響的同時(shí)，還可削減元件個(gè)數(shù)。

　　差模噪聲占一大半

　　接下來介紹一下LED燈泡的對(duì)策事例。與LED吊燈一樣，在探尋對(duì)策之前先來確認(rèn)一下傳導(dǎo)噪聲的噪聲成分（圖10）。如上所述，LED燈泡由于尺寸較小，基本不會(huì)發(fā)生共模噪聲，發(fā)生的主要是差模噪聲。

　　圖10：LED燈泡的傳導(dǎo)噪聲對(duì)策示例

　　本圖為L(zhǎng)ED燈泡的傳導(dǎo)噪聲對(duì)策示例。通過在差模扼流圈外側(cè)配置X電容器，減小了L1和L2的傳導(dǎo)噪聲，其大小也基本相同。

　　與LED吊燈一樣，來驗(yàn)證一下各元件抑制噪聲的效果。首先，①在L1中追加了差模扼流圈（3mH），將X電容配置在該線圈的外側(cè)，這樣L1和L2的噪聲都減小了。L1和L2的噪聲大小也基本相同。

　　對(duì)LED燈泡來說，這就是有效的對(duì)策了。不過，我們又試著②在L1和L2中分別配備了差模扼流圈，這樣一來，與LED吊燈一樣，1MHz頻率的共模噪聲增大了。估計(jì)是因?yàn)榘惭b兩個(gè)差模扼流圈后，共模路徑的電感和噪聲電流流過路徑的共模電容發(fā)生了串聯(lián)共振。

　　如上所述，抑制噪聲的效果會(huì)因噪聲電流流過路徑的電容和電感與噪聲對(duì)策元件之間的相互作用而大幅變化。

　　片式磁珠對(duì)策

　　LED燈泡將從2012年7月開始成為《電氣用品安全法》的適用對(duì)象，因此本文還要介紹一下輻射噪聲的對(duì)策。此次，在差模扼流圈外側(cè)配置X電容的情況下，首先測(cè)量了LED燈泡的輻射噪聲（圖11）。結(jié)果顯示，在大頻帶范圍內(nèi)都產(chǎn)生了輻射噪聲，尤其是在100M～200MHz頻帶，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了CISPR15的規(guī)定值。

　　圖11：LED燈泡的輻射噪聲對(duì)策示例

　　LED燈泡的輻射噪聲對(duì)策采用片式鐵氧體磁珠。該磁珠的位置不同，輻射噪聲的抑制效果也不同。

　　在輻射噪聲對(duì)策方面，為抑制共模輻射噪聲，采用了片式鐵氧體磁珠。由于只在L1側(cè)安裝該磁珠無法降低輻射噪聲，因此①在L1和L2兩條電源線中都安裝了鐵氧體片式磁珠。這樣雖然降低了輻射噪聲，但仍然大于規(guī)定值。

　　因此，我們改變了片式鐵氧體磁珠的配置。具體而言，②將安裝于X電容外側(cè)的磁珠移動(dòng)到了X電容內(nèi)側(cè)。由此進(jìn)一步降低了輻射噪聲，這次降到了規(guī)定值以下。也就是說，抑制輻射噪聲的效果因X電容和片式鐵氧體磁珠的位置不同而有所不