技术讲座：LED灯泡的噪声对策

　　图1：在LED灯泡中观测到的电磁噪声示例

　　EMC规定中定义了辐射噪声和传导噪声两种电磁噪声的测量，LED灯泡也不例外。有的LED灯泡产品的噪声超过了CISPR15的规定值（准峰值：QP和平均值：AV）。
　　辐射噪声的主要成分是共模噪声（图2（a））。这是因为，该噪声的电流环路面积要远远大于差模噪声的电流环路面积。

　　

　　图2：电磁噪声存在两种模式

　　电磁噪声有差模和共模两种模式。辐射噪声中主要是共模成分（a）。而传导噪声中，差模和共模两种成分混合传播的情况较多（b）
　　而在传导噪声中能观测到差模和共模两种成分（图2（b））。如果是传导噪声，需要在掌握噪声成分特点的基础上，根据其特点采取对策。首先来介绍一下抑制传导噪声的方法。
　　区分电源的噪声模式
　　传导噪声的测量，一般利用V型人工电源网络，针对电源线1（L1）和电源线2（L2）各自的电磁噪声，测量准峰值*（QP值）和平均值（AV值，图3（a））。利用V型人工电源网络虽然能测量各电源线与大地之间的噪声电压，但由于差模噪声和共模噪声二者合在一起，分不清哪种噪声模式是主体。

　　

　　图3：利用V型和Δ型人工电源网络测量

　　在传导噪声的测量中，一般针对电源线1（L1）和电源线2（L2）各自的电磁噪声，利用V型人工电源网络测量准峰值和平均值（a）。在该测量中，差模噪声和共模噪声合在一起，难以分辨哪种噪声模式是主体。而如果利用Δ型人工电源网络，便于分辨噪声模式的种类（b）。该电源网络可根据噪声模式（Sym：差模，ASym：共模）测量其频率特性。
　　*准峰值：对电磁噪声等进行检波时，用扩大了检波器时间常数的检波方式测量的值。是最大值和平均值之间的值。电磁噪声的准峰值较大时，容易引起收音机接收障碍。与相同接收灵敏度的相关关系要比峰值强。
　　但如果采用“Δ型人工电源网络”便可判断噪声模式的种类（图3（b））。该电路网可以测量传导噪声中各噪声模式的频率特性。
　　这种频率特性因产品类型而异。例如，LED灯泡、吊灯及大尺寸液晶电视之间的电磁噪声频率特性就有差别（图4）。LED灯泡是以差模噪声为主体，而LED吊灯是差模噪声和共模噪声混在一起。大尺寸液晶电视则以共模噪声为主体。

　　

　　图4：噪声成分因产品而异

　　电子产品的种类变了，噪声成分的构成也会变化。例如，LED灯泡主要是差模噪声，LED吊灯中差模噪声和共模噪声混在一起（a，b）。而大尺寸液晶电视主要是共模噪声（c）。
　　那么，为何不同产品的传导噪声噪声成分会有特定的倾向？通过用电磁场分析模拟来分析这种倾向，就知道原因所在了。
　　噪声模式取决于尺寸
　　传导噪声的测量在屏蔽室内进行。测量条件由“CISPR16-2”或“ANSI63-4”等标准规定。两种标准中规定，屏蔽室的基准面与被测物体的距离要保持在0.4m，连接人工电源网络和被测物体的电线长度为0.8m，被测物体设置在高0.8m的台子上（图5）。

　　

　　图5：传导噪声的测量在屏蔽室内进行

　　本图为传导噪声的测量情形。该测量的屏蔽室内进行。具体的测量条件由“CISPR16-2”或“ANSI63-4”等规格规定。
　　此时，共模噪声会通过屏蔽室内壁（金属）与被测物体之间的分布电容流出。我们将这种情况模型化，然后利用电磁场模拟，分析了被测物体的尺寸与共模噪声易流出性（共模阻抗）之间的关系。
　　我们通过电磁场模拟分析了尺寸各异的4种（5×5×5cm3，10×10×10cm3，20×20×20cm3，100×80×20cm3）对象物，分别计算出了通过人工电源网络观察被测物体时的阻抗（图6）。

　　

　　图6：噪声模式取决于产品尺寸

　　利用尺寸各异的4种对象物进行了电磁场解析模拟，计算出了从人工电源网络观察被测物体时的共模阻抗（a）。根据结果可知，形状越大，屏蔽室基准面与被测物体的分布电容越大，共模路径的阻抗就越低（b）。另外，频率越高，共模阻抗越低（c）。
　　图6的表中列出了1MHz下的共模阻抗以及将该阻抗换算成分布电容的值。
　　从利用电磁场模拟分析4种对象物的结果可知，形状越大，屏蔽室内壁与被测物体之间的分布电容越大。也就是说，产品尺寸越大，共模路径的阻抗越低，共模噪声的电流越容易流动，该噪声成分就越容易变大。
　　差模噪声电流沿差动方向流动
　　传导噪声的对策分三种情况实施：①差模噪声较大、共模噪声较小时；②共模噪声较大、差模噪声较小时；③两种噪声都比较大时。
　　首先介绍一下①差模噪声较大、共模噪声较小时的对策。差模噪声的电流在AC电源线上沿差动方向流动。因此，无法在普通的共模扼流圈上衰减。这是因为，共模扼流圈对于同相方向（共模）的电流会产生电感，但对于差动方向（差模）的电流几乎不产生电感。
　　因此，作为差模噪声的对策，一般采用差模扼流圈和接在AC电源线两端的电容器（以下简称“X电容”）。通过这两个部件，在被测物体内形成使流经AC电源线的差模噪声电流返回噪声源的路径（图7（a））。