LED 驱动的 EMC 及电路保护解决方案

LED驱动的EMC及电路保护 解决方案 Expert In Passive Parts 2012.10

内容 • 顺络公司简介 • LED驱动对元器件的要求 • LED驱动EMC及电路保护方案 • 顺络相关产品简介 • 压敏电阻器 • 热敏电阻器 • 磁珠 • 功率电感 • 钽电容&氧化铌电容 • 滤波电感、变压器

顺络公司介绍 公司创立阶段稳固发展阶段迎来新的机遇和挑战 MPH/SPH 系列 2012 二期园区投入使用铌电容 2010 二期园区开始兴建 MPL系列通过TS16949认证 2009 钽电容并购深圳南玻电子有限公司高Q值叠层陶瓷电感 2008 并购南方汇通公司微电子分公司绕线功率电感SWPA系列公制0603高频电感深圳证券交易所上市 2007 HDMI接口用共模扼流器第19届中国电子元件百强企业超大电流磁珠UPZ系列深圳观澜顺络工业园落成 2006 叠层共模扼流器SDCM系列高频大电流磁珠HPZ1005系列松下华录优秀供应商 2005 上海办事处、香港分公司成立高频磁珠HZ1005系列 (德勤)年度亚太地区高科技高成长企业500强绕线陶瓷电感SDWL系列 2004 产品实现无铅化叠层片式天线SLDA系列通过索尼绿色伙伴认证 2003 片式绕线共模扼流器叠层片式LC滤波器SLF系列通过ISO14001认证 2002 片式高频大电流磁珠HPZ1608系列片式NTC热敏电阻器通过ISO9001 (2000版)认证 2001 片式压敏电阻器高频磁珠HZ1608系列 2000 公司成立铁氧体磁珠/铁氧体电感/陶瓷电感

主要产品类别 被动元器件材料技术应用技术设计技术测量技术制造技术电容器 EMC产品微波器件 Coils 敏感产品 • 叠层片式压敏电阻器 • 聚合物ESD防护器 • 片式NTC热敏电阻 • 叠层片式LC滤波器 • 叠层片式蓝牙天线 • 模组（新） • ASM（新） • 叠层片式陶瓷电感 • 叠层片式铁氧体电感 • 绕线片式陶瓷电感 • 绕线功率电感 • 叠层片式铁氧体磁珠 • 叠层片式EMI滤波器 • 叠层片式共模扼流器 • 绕线片式共模扼流器 • 片式固体钽电容器 • 片式固体铌电容器

LED驱动及元器件的要求 元器件 LED驱动大电流化功率大效率高低功耗输出稳定大电感化可靠性高高可靠性抗干扰 EMC/ESD能力体积小小型化

LED驱动架构 2 3 AC-DC整流器 AC-DC Bridge Rectifiers 滤波电路 Filtering Circuit 滤波电路 Filtering Circuit 1 浪涌抑制电路 Surge Suppression circuit PFC电路 PFC Circuit 4 DC-DC转换 DC-DC Converter AC 电源 AC Power LED Lighting 5 温度补偿模块 TCM

LED驱动的EMC和电路保护

内容 • 顺络公司简介 • LED的发展方向 • LED驱动EMC及电路保护方案 • 顺络相关产品简介 • 压敏电阻器 • 热敏电阻器 • 磁珠 • 功率电感 • 钽电容&氧化铌电容 • 滤波电感、变压器

L 1 2 3 4 N 电源AC AC-DC DC-DC IC驱动 LED 灯珠 LED照明（内置电源）注：根据线路电磁脉冲源及浪涌能量情况，可以省略保护 2

压敏电阻和TVS性能比较 • 工作电压 5.5~100Vdc，两类产品间工作电压对应替换，压敏电阻尺寸远小于TVS，且压敏电阻性能优于相对应TVS； • 与其他过电压保护器件相比，压敏电阻在温度特性、阻燃特性、EMC效果方面具有更优性能。

压敏电阻和TVS性能比较 随着工作电压增高，通过TVS的脉冲电流能力大幅度下降；随着工作电压增高，通过SDVL压敏电阻的脉冲电流能力几乎不变；压敏电阻可以用于高电压、高脉冲电流幅值的线路中，进行过电压抑制及浪涌吸收。

低背性插件压敏电阻 新型引线式压敏电阻VPL VPL 低背引线式压敏电阻VPL替代传统的圆片压敏电阻，可以满足小型化/薄型化需求。

压敏电阻器产品性能表

R25 R50 LED驱动中NTC的应用温度感知型NTC： SDNT系列，过温保护新型贴片功率型NTC： SPNT系列，抑制开机时的浪涌电流

温度感知型NTC • B常数大，具有良好的温度测知能力 • SMD结构，适合高密度贴装 • 尺寸符合电子工业协会标准 • 内电极结构，具有高可靠性 • 优良的焊接性能和耐老化性能

顺络公司的磁珠 SZ 系列 GZ 系列衰减频率范围: 30~750MHz 衰减频率范围:100~400MHz PZ or UPZ 系列 HZ or HPZ 系列衰减频率范围: 30-~750MHz 衰减频率范围:50~3000MHz

顺络公司的磁珠

磁珠是重要的EMC元器件，在电路中主要起滤除噪音和抗电磁干扰的磁珠是重要的EMC元器件，在电路中主要起滤除噪音和抗电磁干扰的作用，在LED应用，磁珠选型推荐如下：输入滤波叠层片式铁氧体磁珠/PZ1608&UPZ1005等系列磁珠在LED上的应用 • 选型方法 • 了解需要抑制的噪声频段范围 • 了解要求的衰减为多大 • 了解线路上的最大电流 • 了解线路板上允许的空间有多大在选用磁珠时，尺寸是很关键的因素，关系到价格，性能，交货等，有大电流需求时尽量选用小尺寸UPZ系列磁珠。

功率电感的应用 I t I t 功率电感用于开关型DC-DC转换器部分，起扼流平波作用，通过储存能量和释放能量的方式，将经开关电源处理后的电源方波整成纹波较小的稳定电源输出。稳定的输出

铁氧体磁芯 铁氧体磁芯铜线铜线铁氧体磁环磁性树脂电极电极绕线功率电感 SWPA/SPH系列结构传统带磁环的组装结构 SWPA类型的功率电感具有电感量大、直流电阻低和额定电流高的卓越性能，而且产品尺寸小，可大大节约PCB空间，是功率电感的发展方向。

绕线功率电感 磁性胶水的微型结构磁粉颗粒之间形成若干个气隙，形成复合气隙。用于替代普通闭磁路结构的功率电感的磁环和磁芯之间的气隙。

磁力线 磁力线绕线功率电感具有比相同尺寸的传统电感更高的饱和电流更低的交流损耗和电磁干扰 SWPA/SPH 传统电感 • SWPA 的闭合磁路设计能减小交流损耗； • 传统带磁环的组装结构的电感的气隙导致漏磁，交流损耗大。

绕线功率电感 顺络电子的自动化生产工艺磁性复合材料涂敷技术高性能低成本绕线功率电感磁性复合材料自主研制技术自动化装配技术传统手工生产工艺全自动化生产优势与传统生产工艺相比，顺络电子的创新性工艺仅需20%的人力和50%的车间空间即可实现相同的产出。自动化的生产工艺减少了手工操作的产品差异，因而具有更高的质量和可靠性 P27

绕线功率电感 自动化装配技术对绕线功率电感自动化生产设备具备装配、改进以及设计能力。下图为绕线浸锡一体机，其生产能力相当于普通生产线17名员工的产出能力。 P28

绕线功率电感 磁性复合材料自主研制技术 • 材料成分配方技术 • 粉粒精细研磨技术 • 均匀分散控制技术磁性粉粒10~17.5um 磁性粉粒晶粒3~6um 更优秀的饱和特性 P29

绕线功率电感 NEW P30

绕线功率电感 P31

如何选择功率电感 • 回路电流超出直流重叠电流时，电感量大幅度下降，噪声抑制能力下降，回路中的电流纹波增大，转换效率降低，输入电流进一步增大，导致恶性循环，不利于LED亮度稳定，甚至可能损坏LED，影响LED灯具使用寿命。 • 回路电流超出温升许容电流时，电感表面温度大幅度上升，可靠性下降，甚至会造成绝缘受损，从而烧毁器件，影响LED灯具寿命。所以一般情况下，选择数值较小的参数作为功率电感的额定电流来进行设定回路中的额定电流。如SWPA6028S4R7M： DCI1=3.60 A DCI2=3.08 A --->选择该电流值

钽电容的特点 固体钽电容器电性能优良，工作温度范围宽，容量体积比优异，具有其独特的特征：优点 • 比容量高，适于小型化 • 自愈能力强，高可靠性 • 温度稳定性良好应用电路

钽电容的特点 就综合性能来说，钽电容在容值、适用温度、温度稳定性，寿命等方面具有明显优势，非常适合应用于LED驱动的DC-DC转换器部分。

顺络钽电容电性范围

应用注意事项 • 选型时主要应注意以下几个方面： • 钽电容的可靠性会受环境温度影响，如温度、湿度、机械应力等，在使用时要为电容提供足够的余量； • 尽量使纹波电流和纹波电压处于较小值； • 钽电容是有极性的，在使用时不能施加反向电压，如果反向电压不可避免，施加时的时间必须很短，且不能超过下面的值： a）25℃时，额定电压的10%或1V，取较小值； b）85℃时，额定电压的5%或0.5V，取较小值； c）125℃时，额定电压的1%或0.1V，取较小值. 锰系钽电容 a）25℃时，额定电压的15%； b）55℃时，额定电压的10%； c）85℃时，额定电压的5%； d）105℃时，额定电压的1%. 聚合物钽电容

应用注意事项 • 为确保钽电容有较高的可靠性，建议使用电压满足以下条件： • a）对于一般应用，使用电压低于额定电压的70%以下，在低阻抗电路或电源电路 • 中，低于额定电压30%以下； • b）应用在温度高于85℃（不高于125 ℃ ）电路中，需降额使用 • Vmax= • T：实际工作温度； VR： 85℃时的额定电压 • a）对于一般应用，使用电压低于额定电压的80%以下，在低阻抗电路或电源电路中，低于额定电压65%以下； • b）应用在温度高于85℃（不高于105 ℃ ）电路中，需降额使用 • Vmax= • T：实际工作温度； VR： 85℃时的额定电压 • 使用在有浪涌电流通过的电路中时，需给电容增加保护元件，如串联电阻等； • 使用在易发生短路的电路中时，应提供更多的余地，保持电容的高可靠性。锰系钽电容聚合物钽电容

氧化铌电容器 • 低成本 • 铌的储量是钽的100多倍，材料易获得，价格低于钽粉。

氧化铌电容器 • 高可靠性 • 体积容量比高，适于小型化。其结构、封装模式、测试标准均和片式钽电容相同。 • 与钽电容一样，拥有固态结构，机械性能优良。即使是大壳号产品，也能抵抗PCB板的弯曲且不会开裂。

氧化铌电容器 • 特点 • 随着偏置电压变化，容量衰减小。 • 无压电效应； • 耐击穿电压高。氧化铌电容器的耐击穿电压是高分子钽电容和铝电容的2~3倍； • 被击穿时不燃烧不爆炸，相当于电阻。高分子钽电容失效时虽然不易于燃烧，但是一旦短路，如果电流持续通过，也会冒烟直至燃烧，波及周边线路； • 具有自愈修复能力，可靠性高； • 容量稳定，随时间变化小，在操作温度范围内电容量变化小于10%。

顺络氧化铌电容电性范围

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滤波器和变压器的应用 • L1是共模滤波器，它能够阻止来自市电的杂波冲击，抑制EMI，使电路平稳工作。电感量要求要求越大越好，线径由线路电流确定； • T1是变压器，作用是能量传送、电压变换和绝缘隔离。根据使用的IC不同，变压器的结构有所差异，成本取决于功率大小和工艺复杂程度； • 为了用电安全，共模滤波器和变压器随电源整机通过各类安规认证和EMI测试，需要一定次数的调整，以达到最佳功能；

几种滤波器的特点 • 插件式封装BPCF-1211系列 • 贴片式封装BSCF-1309系列 • 共模电感范围0.47µH～6800µH。 • 更好的键合强度保证； • 更宽特性范围； • 节省基板空间； • 共模电感范围0.47µH～6800µH。 • 实现宽频范围内的噪音解决方案。 • 纳米晶BPCFE3222/4228系列 • 共模电感范围0.39mH～150mH； • 高达150mH的电感量，同时超过1A电流； • 1.0mH感量，高达19A的电流；

几种滤波器的特点 • 相对于国外同类产品（例如：VICOR），性能更好、价格更优； • 产品系列更多，覆盖MIL-STD-461D/462D所要求频谱范围; • 设计参照GJB 2829－97、GJB1864A-2011及MIL-STD-461D/462D; • 标准FCC CISPR VDE VCCI;

滤波器的选型 • 设计选型 • 测试干扰曲线，确定干扰频段： • 当频率在数十kHz到数MHz之间时宜选用电感量大一点的产品，比如我们的E系列产品； • 当频率在数MHz到数十MHz之间时宜选用B、C材质系列的产品，尽管C材质系列拥有更高的阻抗，但其材质决定其应用温度（环境温度+自身发热）不得超过130℃，选取时需慎重考虑； • 当频率达到100MHz或更高时，可以使用其他小封装产品； • B. 仅有开关频率等信息，无法测试干扰曲线时： • 按照傅里叶展开，一般干扰产生于开关频率的奇数倍，可以在确定电路中的电流情况下，依据上一节的办法选取不同感值的滤波器进行调试； • 这两种办法调试时，都要配合适当的旁路电容加以屏蔽干扰型号,请依据电容厂商提供的阻抗曲线加以选取； • 目前Sunlord的BPCF3222采用超微晶技术，可以轻松实现大电流和大电感的同时保证，为低频滤波提供解决方案。

LED常用变压器的外形特点

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