熒光燈電子鎮流器的EMI濾波器設計

董海濱

(上海交通大學電子信息與電氣工程學院，上海 200240)

1 引言

電磁干擾 (即EMI)造成的電磁污染是繼大氣污染、水污染和噪聲污染后的第四大污染，威脅電子電氣設備安全運行和威脅人類健康和社會生活，所以研究電子鎮流器的EMI濾波電路，使其符合國家標準CISPR15—2007，具有重大的現實意義和應用價值。

2 電子鎮流器的基本組成

一個基本的電子鎮流器的框圖如圖1所示，包含EMI濾波電路，整流電路，濾波電路，功率因數校正電路，半橋逆變電路和自啟動電路，燈負載等部分。

圖1 基本的電子鎮流器框圖

圖1中第一部分為EMI濾波電路，主要抑制因傳導和輻射所引起的EMI干擾。就電子鎮流器而言，電磁兼容問題主要是防止它的高頻信號通過電源線傳導出去，干擾其他電氣設備的正常工作;而其他的電器設備一般情況下不會對電子鎮流器的正常工作 (強烈的電磁干擾如雷電除外)造成干擾。

3 電子鎮流器的傳導干擾來源

電子鎮流器工作時產生的電磁噪聲通過輸入電源線傳導到電網中，引起傳導干擾，對周圍的電磁環境造成污染，并影響該環境中其他電子設備或系統的正常工作。電子鎮流器的電磁干擾主要來自以下幾個方面:

(1)元器件的固有噪聲，包括熱噪聲，散粒噪聲，接觸噪聲。

(2)半導體二極管在開關過程中產生的電磁噪聲。在快速開通和關斷的同時，瞬時變化的電壓和電流，會形成很強的電磁噪聲。

(3)功率半導體器件在開關過程中，會產生很大的瞬態電壓或電流并引起寄生振蕩。開關頻率越高，開關電流越大，所引起的瞬態電磁噪聲也越大。功率半導體器件在交流電網上產生的傳導干擾，是傳導干擾的主要來源，這種噪聲分差模與共模。

(4)在采用高頻泵或雙泵電路的無源功率因數校正電路中，功率開關管的高頻開關信號通過反饋元件加到輸入端，經過電源進線送入電網中，形成傳導干擾。

4 電氣照明設備EMI標準及限值

根據CISPR15—2007《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法》的要求，在不同頻率下的電磁干擾的準峰值和平均值如表1所示，要求鎮流器的傳導干擾低于表1的值。

表1 電源端子騷擾電壓限值

基于實驗室之間的差異和樣品之間的差異，設計樣品的電磁干擾要保留6dB的富裕量，確保量產的所有產品都能滿足傳導干擾的要求。

5 電子鎮流器的EMI抑制技術

濾波、屏蔽與接地是電磁兼容性設計通用的三種方法，濾波與接地主要是針對電路中的傳導干擾而言;屏蔽主要是針對電路的輻射干擾。濾波是抑制電路傳導干擾的最有效和最經濟的方法。由于各種干擾在系統的入口處最為嚴重，所以EMI濾波器均插入系統或電源端的接口處。

電子鎮流器采用的EMI濾波器類型有C型 (一個電容)，L型 (一個電感和一個電容)，T型 (兩個電感和一個電器)，π型 (一個電感和兩個電容)，雙π型 (一個共模電感和兩個電容)和混合型等幾種，如圖2所示。在電子鎮流器中采用圖2(b)和 (d)所示的混合結構，或在雙π型結構中再加一級共模電感。

圖2 EMI濾波器類型

圖2(a)所示的純電容濾波器為低通濾波器，主要應用于濾除高阻抗線路上的高頻信號，電容值一般選定為0.1至0.5μF。

圖2(b)所示為 L型濾波器，主要在電路和負載電阻值有很大的差異時的情況下適用，在熒光燈電子鎮流器電路中使用時，其L值一般設定為不低于1mH，C值一般設定在0.1μF左右。

圖2(c)所示為π型濾波器，主要是在輸入電阻與輸出電阻大致相等并且帶外衰減需要很大的情況下適用。

圖2(d)所示為雙π型濾波器，比較廣泛的在電子鎮流器電路中應用，其中 L1和 L2的繞線組是在同一個磁芯上對稱的繞成。

圖2(e)所示為復合型濾波器，較為普遍使用在30W以上的電子鎮流器電路中。

采用濾波電路后，能有效的濾除電子鎮流器中高頻振蕩所產生的共模和差模干擾，避免它們通過電源線泄漏出去，干擾其他電氣設備的正常工作。

在選擇EMI濾波器元件時，應保證使濾波器的諧振頻率遠低于電子鎮流器的工作頻率，以防止磁飽和，失去濾波器的作用。

6 電子鎮流器的EMI濾波電路

電子鎮流器常用的濾波電路如圖3所示。一般來說，對9k～150kHz低頻段采用差模濾波器比較有效，而對150kHz～30MHz的高頻段采用共模濾波器比較有效，有時一級共模濾波器不夠，還要采用兩級共模濾波器才可以。

圖3 濾波電路

7 濾波電路設計

在設計電子鎮流器的EMI濾波器時，除了對濾波效果有所要求外，還要考慮經濟和成本問題。在滿足EMC測試要求的前提下，使電路結構最經濟，占用空間最小，同時在性能上要有一定的富裕量，達到滿意的性價比。

EMI以傳導和輻射兩種方式傳播。能量通過磁場或電場耦合，或以干擾源與受擾設備間的電磁波形式傳播，稱為輻射干擾。傳導干擾是指EMI能量通過電源線，數據線，公共地線等產生或接收。

電子鎮流器的傳導干擾方式可分為兩類:即共模干擾 (CM)和差模干擾 (DM)。共模干擾是指相線L以及中線N與地GND之間存在相位相同，幅度相等的干擾信號。差模干擾是指在相線L與中線N之間存在幅度相等，相位相反的干擾信號。前一類來自電磁空間輻射，分布電容的寄生耦合，漏磁感應，即同一干擾源通過寄生參數耦合到相線和中線上，它對每一根電源線的作用基本上是相同的，因而所產生的干擾電壓是共模的。

電子鎮流器的外殼如果是塑料的，其分布電容效應較小，電路前后級之間的耦合小，所以產生的共模干擾較小，比較容易通過EMI測試;如果采用金屬外殼，由于元器件和外殼之間存在分布電容，前后級之間存在一定的耦合，不容易通過測試。一個實際的工程例子如圖4所示。

電子鎮流器的工作頻率也是影響EMI的一個關鍵因素，鎮流器的工作頻率越低，EMI測試越容易通過EMI測試;反之，則不容易通過測試。一個實際的例子如圖5所示。

圖4 實際的工程例子

圖5 實際的例子

為了了解差模濾波器與共模濾波器對抑制干擾的作用，可以把電子鎮流器EMI的測試的頻率范圍從9kHz到30MHz分為低，中，高三個頻段，即9～150kHz，150kHz～2.0MHz，2.0～30MHz三段。

(1)低頻段9～150kHz

這個頻段的干擾主要以差模干擾為主，加大差模電容Cd的容量，或在相線中線串接共模電感，干擾幅度也會降低，而且隨著頻率的增加，共模干擾的影響越來越嚴重。如在電子鎮流器中，再加一級共模電感，這個頻段中的干擾都將大幅降低。

(2)中頻段150kHz～2MHz

這個頻段同時存在差模干擾和共模干擾，但以共模干擾為主。為了消除中頻段的干擾，可以改變共模電感的電感量或兩個共模電感的電感量的相對大小。

(3)高頻段2.0～30MHz

這個頻段存在的干擾主要是共模干擾，差模干擾的影響較小。如果這個頻段的EMI測試不能滿足要求，要從改善共模濾波器的濾波效果來想辦法。

本文所研究的電路是帶有高頻反饋的電子鎮流器電路，整個系統由EMI濾波電路，整流電路，濾波電路，功率因數校正電路，控制電路，燈諧振電路和保護電路等六部分組成。

EMI濾波電路由混合型濾波電路構成，包括差模電感L1，差模電容C01，C02和共模電感 L2組成，可以有效的抑制電路中存在的共模和差模干擾。

整流濾波電路由四個整流二極管 PGR10J、CBUF(C2，C3)和反饋電容C1組成，它能將220V交流輸入整流濾波為310V(2 2 0槡 2)左右的DC電壓。輸入端的FUSE為250mA的電流保險絲，主要用于在異常情況下的過電流保護。控制電路由UBA2211組成，主要實現對燈絲的預熱、點火和穩定運行時電流的控制。諧振電路由C6和L3組成，主要為燈絲點火提供高壓脈沖，如圖6所示:

圖6 諧振電路

圖7 是其傳導干擾的譜圖。從圖中可看到，該電路的 EMI傳導測試中在150kHz-1MHz處超標(－34.0dB)。

根據電路的拓撲結構和產品要符合的EMC要求，對電路中存在的差模和共模干擾，我們采用混合型的EMI濾波電路。

在圖8中，C01，C02和L1，L2等組成LC電磁干擾的濾波電路。兩個電容一般取0.01～0.33uF，共模電感 L1一般取30～60mH，差模電感 L2取1～6mH。

圖7 傳導干擾的譜圖

圖8 濾波電路

本電路中，選取C01=330nF，C02=100nF，L1=5.6mH，L2=60mH為EMI濾波器的參數，可以得到明顯的EMI效果改善 (+10.5dB富裕量)，如圖9所示。

圖9 EMI濾波器參數圖

8 總結

本文針對T5熒光燈電子鎮流器存在的傳導干擾，分析了產生傳導干擾的原因以及共模抑制濾波電路和差模抑制電路在電子鎮流器傳導干擾中的應用，針對具體的28W電路的干擾提出了抑制方法。實踐證明濾波是一個比較理想又比較經濟的抑制方法。所使用的元器件主要為電感、電容、電阻等普通的電子元器件。濾波器調試的重點在于參數的匹配。只要調試得當，其抑制干擾的性能是比較好的。電子元器件的性能直接影響著電路的電磁兼容性。隨著電子元器件材料的不斷發展，傳統的濾波、屏蔽技術應有新的發展。

［1］陳傳虞．電子節能燈與電子鎮流器．北京:人民郵電出版社，2009:35～37;434～444．

［2］毛興武，祝大衛．電子鎮流器原理與制作．北京:人民郵電出版社，2003:29～33;372～373．

［3］郭林忠，秦會斌等．40W日光燈電子鎮流器的EMI濾波器的設計．電子器件，2009:10．

［4］陳劍瑜，章紅芳等．電子鎮流器電路的EMC改進．杭州電子工業學院學報，2002，02第22卷第1期．

［5］朱國忠，呂曉東等．電子鎮流器中的傳導電磁干擾(EMI)分析．中國照明電器，2007，05．

［6］陳誠，馮卓民等．照明電子鎮流器EMI的濾波器的設計．照明工程學報，2008，06第19卷第2期．

［7］許萍．“魯棒設計”方法在電子鎮流器抗干擾設計中的應用．科技信息 (學術版)，2008年，第26卷．

［8］楊繼深．共模干擾和差模干擾．安全與電磁兼容，2002年，第2卷．