中心議題：

• LED照明電源電路的噪聲電流模式分析
• LED照明電源電路的噪聲抑製對策

解決方案：

• 利用混合扼流圈抑製噪聲
• 電子元件的配置
• 注意對策元件的相互作用
• 片式磁珠的選用

修訂後的日本《電氣用品安全法》將從2012年7月開始施行。經過此次修訂，LED燈(deng)泡(pao)也(ye)成(cheng)為(wei)了(le)該(gai)法(fa)規(gui)的(de)適(shi)用(yong)對(dui)象(xiang)。在(zai)幾(ji)項(xiang)限(xian)製(zhi)標(biao)準(zhun)中(zhong)
，尤(you)其(qi)引(yin)人(ren)關(guan)注(zhu)的(de)是(shi)關(guan)於(yu)電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)強(qiang)度(du)的(de)限(xian)製(zhi)。目(mu)前(qian)市(shi)場(chang)上(shang)出(chu)現(xian)了(le)與(yu)白(bai)熾(chi)燈(deng)泡(pao)和(he)燈(deng)泡(pao)型(xing)熒(ying)光(guang)燈(deng)相(xiang)比(bi)電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)較(jiao)大(da)的(de)LED照明器具，隨著修訂版《電氣用品安全法》的施行，必須采取嚴格的噪聲對策。本文將根據LED照明的現狀
，就LED照明的噪聲種類
、測評方法以及對策事例進行分析。

LED燈泡的電磁噪聲源是其電源電路。由於LED燈(deng)泡(pao)的(de)電(dian)源(yuan)部(bu)在(zai)尺(chi)寸(cun)方(fang)麵(mian)限(xian)製(zhi)較(jiao)為(wei)嚴(yan)格(ge)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)用(yong)最(zui)少(shao)的(de)元(yuan)件(jian)實(shi)施(shi)電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)對(dui)策(ce)。尤(you)其(qi)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)噪(zao)聲(sheng)對(dui)策(ce)元(yuan)件(jian)的(de)選(xuan)擇(ze)。因(yin)此(ci)，本(ben)文(wen)將(jiang)以(yi)LED照明電源電路泄露的電磁噪聲種類及其測量方法
、以及能有效抑製電磁噪聲的元件選擇方法為中心進行分析。

噪聲電流有兩種模式

一般情況下，EMC（電磁兼容性：electro-magnetic compatibility）標準中定義了兩種電磁噪聲的測量，分別是輻射到空中的“輻射噪聲”和流經電源線的“傳導噪聲（噪聲端子電壓）”（圖1）。噪聲電流中同時存在“差模”和“共模”兩liang種zhong模mo式shi的de噪zao聲sheng成cheng分fen。差cha模mo噪zao聲sheng是shi在zai信xin號hao線xian和he地di線xian之zhi間jian產chan生sheng的de噪zao聲sheng。而er共gong模mo噪zao聲sheng在zai是shi大da地di與yu信xin號hao線xian和he大da地di與yu地di線xian之zhi間jian產chan生sheng的de噪zao聲sheng，信xin號hao線xian和he地di線xian與yu大da地di之zhi間jian的de噪zao聲sheng類lei型xing相xiang同tong
，即ji具ju有you相xiang同tong的de相xiang位wei和he相xiang同tong的de振zhen幅fu。

圖1：在LED燈泡中觀測到的電磁噪聲示例

EMC規定中定義了輻射噪聲和傳導噪聲兩種電磁噪聲的測量，LED燈泡也不例外。有的LED燈泡產品的噪聲超過了CISPR15的規定值（準峰值：QP和平均值：AV）。

輻射噪聲的主要成分是共模噪聲（圖2（a））。這是因為
，該噪聲的電流環路麵積要遠遠大於差模噪聲的電流環路麵積。

圖2：電磁噪聲存在兩種模式

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電磁噪聲有差模和共模兩種模式。輻射噪聲中主要是共模成分（a）。而在傳導噪聲中能觀測到差模和共模兩種成分（圖2（b））。如果是傳導噪聲，需要在掌握噪聲成分特點的基礎上，根據其特點采取對策。首先來介紹一下抑製傳導噪聲的方法。

區分電源的噪聲模式

傳導噪聲的測量，一般利用V型人工電源網絡，針對電源線1（L1）和電源線2（L2）各自的電磁噪聲

，測量準峰值*（QP值）和平均值（AV值，圖3（a））。利用V型人工電源網絡雖然能測量各電源線與大地之間的噪聲電壓，但由於差模噪聲和共模噪聲二者合在一起，分不清哪種噪聲模式是主體。

圖3：利用V型和Δ型人工電源網絡測量

在傳導噪聲的測量中，一般針對電源線1（L1）和電源線2（L2）各自的電磁噪聲，利用V型人工電源網絡測量準峰值和平均值（a）。在該測量中，差模噪聲和共模噪聲合在一起

，難以分辨哪種噪聲模式是主體。而如果利用Δ型人工電源網絡
，便於分辨噪聲模式的種類（b）。該電源網絡可根據噪聲模式（Sym：差模，ASym：共模）測量其頻率特性。

*準峰值：對(dui)電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)等(deng)進(jin)行(xing)檢(jian)波(bo)時(shi)
，用(yong)擴(kuo)大(da)了(le)檢(jian)波(bo)器(qi)時(shi)間(jian)常(chang)數(shu)的(de)檢(jian)波(bo)方(fang)式(shi)測(ce)量(liang)的(de)值(zhi)。是(shi)最(zui)大(da)值(zhi)和(he)平(ping)均(jun)值(zhi)之(zhi)間(jian)的(de)值(zhi)。電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)的(de)準(zhun)峰(feng)值(zhi)較(jiao)大(da)時(shi)，容(rong)易(yi)引(yin)起(qi)收(shou)音(yin)機(ji)接(jie)收(shou)障(zhang)礙(ai)。與(yu)相(xiang)同(tong)接(jie)收(shou)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)相(xiang)關(guan)關(guan)係(xi)要(yao)比(bi)峰(feng)值(zhi)強(qiang)。

但如果采用“Δ型人工電源網絡”便可判斷噪聲模式的種類（圖3（b））。該電路網可以測量傳導噪聲中各噪聲模式的頻率特性。

這種頻率特性因產品類型而異。例如，LED燈泡
、吊燈及大尺寸液晶電視之間的電磁噪聲頻率特性就有差別（圖4）。LED燈泡是以差模噪聲為主體
，而LED吊燈是差模噪聲和共模噪聲混在一起。大尺寸液晶電視則以共模噪聲為主體。

圖4：噪聲成分因產品而異

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電子產品的種類變了，噪聲成分的構成也會變化。例如，LED燈泡主要是差模噪聲，LED吊燈中差模噪聲和共模噪聲混在一起（a，b）。而大尺寸液晶電視主要是共模噪聲（c）。

那麼，為何不同產品的傳導噪聲噪聲成分會有特定的傾向？通過用電磁場分析模擬來分析這種傾向，就知道原因所在了。

噪聲模式取決於尺寸

傳導噪聲的測量在屏蔽室內進行。測量條件由“CISPR16-2”或“ANSI63-4”等標準規定。兩種標準中規定，屏蔽室的基準麵與被測物體的距離要保持在0.4m，連接人工電源網絡和被測物體的電線長度為0.8m，被測物體設置在高0.8m的台子上（圖5）。

圖5：傳導噪聲的測量在屏蔽室內進行

本圖為傳導噪聲的測量情形。該測量的屏蔽室內進行。具體的測量條件由“CISPR16-2”或“ANSI63-4”等規格規定。

此時，共模噪聲會通過屏蔽室內壁（金屬）與被測物體之間的分布電容流出。我們將這種情況模型化，然後利用電磁場模擬，分析了被測物體的尺寸與共模噪聲易流出性（共模阻抗）之間的關係。

我們通過電磁場模擬分析了尺寸各異的4種（5×5×5cm3

，10×10×10cm3，20×20×20cm3
，100×80×20cm3）對象物，分別計算出了通過人工電源網絡觀察被測物體時的阻抗（圖6）。

圖6：噪聲模式取決於產品尺寸

利用尺寸各異的4種對象物進行了電磁場解析模擬，計算出了從人工電源網絡觀察被測物體時的共模阻抗（a）。根據結果可知，形狀越大，屏蔽室基準麵與被測物體的分布電容越大
，共模路徑的阻抗就越低（b）。另外，頻率越高，共模阻抗越低（c）。

圖6的表中列出了1MHz下的共模阻抗以及將該阻抗換算成分布電容的值。

從利用電磁場模擬分析4種(zhong)對(dui)象(xiang)物(wu)的(de)結(jie)果(guo)可(ke)知(zhi)
，形(xing)狀(zhuang)越(yue)大(da)，屏(ping)蔽(bi)室(shi)內(nei)壁(bi)與(yu)被(bei)測(ce)物(wu)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)越(yue)大(da)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，產(chan)品(pin)尺(chi)寸(cun)越(yue)大(da)
，共(gong)模(mo)路(lu)徑(jing)的(de)阻(zu)抗(kang)越(yue)低(di)，共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)的(de)電(dian)流(liu)越(yue)容(rong)易(yi)流(liu)動(dong)，該(gai)噪(zao)聲(sheng)成(cheng)分(fen)就(jiu)越(yue)容(rong)易(yi)變(bian)大(da)。

差模噪聲電流沿差動方向流動

傳導噪聲的對策分三種情況實施：①差模噪聲較大、共模噪聲較小時；②共模噪聲較大、差模噪聲較小時；③兩種噪聲都比較大時。

首先介紹一下①差模噪聲較大、共模噪聲較小時的對策。差模噪聲的電流在AC電源線上沿差動方向流動。因此，無法在普通的共模扼流圈上衰減。這是因為，共模扼流圈對於同相方向（共模）的電流會產生電感，但對於差動方向（差模）的電流幾乎不產生電感。
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因此，作為差模噪聲的對策，一般采用差模扼流圈和接在AC電源線兩端的電容器（以下簡稱“X電容”）。通過這兩個部件，在被測物體內形成使流經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電容抑製電磁噪聲

為抑製差模噪聲，利用差模扼流圈和X電容

，在產品內形成使流經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電容來抑製噪聲
，不過在照明產品的電源電路中，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製共模噪聲（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。然後在此基礎上，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至產品以外。

扼流圈對策

接下來介紹②共模噪聲較大

、差模噪聲較小時的噪聲抑製方法。在共模噪聲中


，由於噪聲電流在AC電源線上沿同相方向（共模）流動
，因此即使在AC電源線兩端接入X電容也沒有作用。利用電容抑製噪聲時，采用引導噪聲電流流向大地的電容器（以下簡稱“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
、jianshaogongmozaoshengdianliu，jiangdianganzhijiaogaodegongmoeliuquanhuochamoeliuquanjierudianyuandeyicice。gongmoeliuquanzhenduiliuxiangtongxiangfangxiangdezaoshengdianliunenghuodedazukang
，yincishiyongyugongmozaoshengduice。

利用混合扼流圈抑製噪聲

③差cha模mo噪zao聲sheng和he共gong模mo噪zao聲sheng均jun比bi較jiao大da時shi
，需xu要yao針zhen對dui各ge類lei型xing的de噪zao聲sheng分fen別bie采cai取qu對dui策ce，這zhe樣yang會hui導dao致zhi所suo需xu元yuan件jian增zeng加jia，是shi造zao成cheng成cheng本ben上shang升sheng和he阻zu礙ai小xiao型xing化hua的de因yin素su。

這種情況下，同時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）。混合扼流圈還備有扁平形狀的品種
，可根據產品尺寸選擇。

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。
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LED照明器具的電磁噪聲對策
，關鍵在於電子元件的配置

以上是抑製源於電源部的傳導噪聲的方法概要。接下來將介紹LED照明器具電源部抑製噪聲的實例。

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

本文將介紹針對噪聲模式最容易凸顯部件效果的一次電源側整流前部分的對策。該部分相當於上述AC電源線。

第一個要介紹的是LED吊燈的傳導噪聲對策。在探尋對策之前
，必須正確測量傳導噪聲。

首先，隻以X電容為對策元件，利用V型人工電源網絡測量了LED吊燈的傳導噪聲。經測量確認，在150k～10MHz的大頻帶範圍內產生了噪聲（圖9）。

圖9：LED吊燈的傳導噪聲對策示例

本圖為LED吊燈的傳導噪聲對策示例。從圖中可知
，元件的種類和配置不同，產生的傳導噪聲的頻率特性也會變化。因此，利用X電容和混合扼流圈
，是最有效而且元件個數最少的對策。

接下來，改用Δ型人工電源網絡測量各噪聲模式。在大頻率範圍內發生了共模噪聲，而差模噪聲發生在1MHz左右的低頻帶範圍。也就是說，LED吊燈的傳導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策
，①安裝了標準的共模扼流圈（3mH）。這樣做雖然共模噪聲大幅衰減
，但差模噪聲並沒有衰減，因此低頻帶範圍的電磁噪聲依然高於規定值。

注意對策元件的相互作用

為抑製低頻帶的電磁噪聲，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的噪聲大小出現了差異。由於隻在L1側追加了差模扼流圈
，因此隻有L1側的噪聲減小了。

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。但這並不能解決問題。因此，作為消除不均衡的其他方法
，我們④恢複了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。不過又出現了一個新問題，那就是1MHz附近的共模噪聲增加了。

估計原因是，差模扼流圈的電感與共模扼流圈自身分布電容的串聯共振導致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會導致電磁噪聲增強。作為解決對策
，有⑤采用混合扼流圈的方法。

通(tong)過(guo)采(cai)用(yong)混(hun)合(he)型(xing)扼(e)流(liu)圈(quan)，可(ke)獲(huo)得(de)相(xiang)當(dang)於(yu)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)和(he)兩(liang)個(ge)差(cha)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)的(de)效(xiao)果(guo)。另(ling)外(wai)
，在(zai)抑(yi)製(zhi)元(yuan)件(jian)間(jian)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)的(de)影(ying)響(xiang)的(de)同(tong)時(shi)，還(hai)可(ke)削(xue)減(jian)元(yuan)件(jian)個(ge)數(shu)。
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差模噪聲占一大半

接下來介紹一下LED燈泡的對策事例。與LED吊燈一樣，在探尋對策之前先來確認一下傳導噪聲的噪聲成分（圖10）。如上所述，LED燈泡由於尺寸較小，基本不會發生共模噪聲

，發生的主要是差模噪聲。

圖10：LED燈泡的傳導噪聲對策示例

本圖為LED燈泡的傳導噪聲對策示例。通過在差模扼流圈外側配置X電容器，減小了L1和L2的傳導噪聲，其大小也基本相同。

與LED吊燈一樣，來驗證一下各元件抑製噪聲的效果。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

，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LED燈泡來說，這就是有效的對策了。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。估計是因為安裝兩個差模扼流圈後
，共模路徑的電感和噪聲電流流過路徑的共模電容發生了串聯共振。

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

片式磁珠對策

LED燈泡將從2012年7月開始成為《電氣用品安全法》的適用對象
，因此本文還要介紹一下輻射噪聲的對策。此次，在差模扼流圈外側配置X電容的情況下，首先測量了LED燈泡的輻射噪聲（圖11）。結果顯示
，在大頻帶範圍內都產生了輻射噪聲，尤其是在100M～200MHz頻帶，遠遠超過了CISPR15的規定值。

圖11：LED燈泡的輻射噪聲對策示例

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LED燈泡的輻射噪聲對策采用片式鐵氧體磁珠。該磁珠的位置不同，輻射噪聲的抑製效果也不同。

在輻射噪聲對策方麵，為抑製共模輻射噪聲，采用了片式鐵氧體磁珠。由於隻在L1側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，但仍然大於規定值。

因此，我們改變了片式鐵氧體磁珠的配置。具體而言，②將安裝於X電容外側的磁珠移動到了X電容內側。由此進一步降低了輻射噪聲，這次降到了規定值以下。也就是說
，抑製輻射噪聲的效果因X電容和片式鐵氧體磁珠的位置不同而有所不同。

最佳配置因燈泡而異

抑製輻射噪聲的最佳元件配置因LED燈泡而異。在其他LED燈泡中

，盡管采取了獲得出色結果的圖11的②那樣的配置
，即在X電容內側配置片式鐵氧體磁珠，但並未獲得同樣出色的效果。所以又將片式鐵氧體磁珠安裝到X電容外側，此時
，輻射噪聲降到了規定值以下（圖12）。也就是說，對於每一個LED燈泡而言，即便使用相同的噪聲對策元件
，其效果也是不同的。

圖12：根據LED燈泡改變元件配置

不同的LED燈泡，抑製輻射噪聲的最佳元件配置不盡相同。例如，必須調整X電容和片式鐵氧體磁珠的位置關係。

所以

，必須根據噪聲對策元件與其他元件的位置關係以及LEDdengpaodexingnengcanshu，laigaibianzaoshengduiceyuanjiandexuanzeheanzhuangweizhideng。zaikaifaxianchangxuyaofanfuquerenzaoshengduiceyuanjiandexiaoguo
，ranhougenjuquerenjieguogaibianyuanjiandezhongleihepeizhi。yinci

，weitigaoyuanjianpeizhiziyoudu

，tiqiankaolvtuanshejiyeshijianqingEMC對策負荷的方法。