EMC调试案例（六）：LED台灯辐射发射问题调试案例
作者：风陵渡口
LED台灯逐渐代替传统的台灯，被广泛应用于中小学生的家庭书桌上，其产生的商机也被重多厂商争夺，市场上LED台灯品牌众多，品质却参差不齐，尤其是EMC性能则更容易被厂家所忽略，下面介绍LED台灯项目辐射发射调试案例。
0.1、案例现象描述
某客户生产制造LED台灯产品，客户反馈使用GB17743 B标准进行30MHz-1GHz的辐射发射测试，发现80MHz-230MHz频段严重超出标准限值，具体辐射发射测试数据如图1所示，客户委托我司进行整改。
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图1：辐射发射测试数据截图（客户提供测试数据）
0.2、问题原因过程
根据客户提供的辐射发射测试数据，分析测试数据发现存在多个包络状噪声干扰，且频带较宽，初步判定是开关电源产生的噪声，且存在多个谐振频率点。客户安排邮寄产品到我司进行分析调试，收到客户提供的样品，安排进行辐射发射测试，与客户端测试进行辐射发射测试数据的对齐，初始辐射发射测试数据如图2所示：
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图2：辐射发射测试数据截图（初始辐射发射数据）
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图3：LED台灯（产品形态图，仅供参考）
客户端更换过不同的电源适配器无明显改善，在电源适配器的输入输出端增加磁环也无明显改善，基本排除噪声来源电源适配器的可能性。LED采用纯塑胶结构设计，无金属结构件，板卡无接地设计，高频噪声电流无法通过接地来进行旁路，高频噪声电流的回流路径则相对不可控，需要在源头抑制噪声。客户明确要求不可以通过增加磁环，修改结构设计、增加外部滤波器的方式解决，解决方案只仅限于板卡上增加措施，给调试工作带来了很多限制，增加了问题解决难度。
根据客户提供的电路设计图可知，LED台灯板卡采用24V直流输入（外置电源适配器），经过异步Buck DC-DC降压给MCU芯片供电，同时24V再通过三路同步Buck DC-DC降压后分别给三路LED灯供电，通过控制三路同步Buck DC-DC来调节LED等亮度、颜色选择。根据电路设计分析，判断噪声主要来源于异步Buck DC-DC和同步Buck DC-DC电路，结合系统设计判断耦合路径为LED灯连接线缆。 图5：LED台灯电路设计
将产品放置在电波暗室内，问题现象重现后，将LED灯连接线缆移除，除80MHz频点无明显改善，其它的噪声频点都降低到标准限值以下6dB，说明其它的噪声均是来自三路同步Buck DC-DC电路。而80MHz频点噪声主要来自异步Buck DC-DC电路，分析判断是其续流二极管反向恢复电流噪声引起，二极管未预留RC吸收电路，需额外增加RC吸收电路来改善二极管反向恢复问题。图6：异步Buck DC-DC续流二极管增加RC吸收电路
异步Buck DC-DC续流二极管增加RC吸收电路（电容220pF,电阻使用5R1ohm），辐射发射测试发现80MHz频点完全消失，确定80MHz噪声频点来自异步Buck DC-DC续流二极管的反向恢复。分析同步Buck DC-DC电路时发现其开关MOS管、同步MOS管均未增加RC吸收电路，在同步Buck DC-DC电路的开关MOS管均增加RC吸收电路（电容220pF,电阻使用5R1ohm），辐射发射测试发现其它频点也满足限值要求，余量达6dB以上。图7：同步Buck DC-DC开关管增加RC吸收电路
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图8：同步Buck DC-DC续流MOS管增加RC吸收电路
考虑到同步Buck DC-DC输入端高频旁路电容放置较远，高频旁路效果较差，在靠近其输入电源引脚增加4700pF的高频旁路电容；异步Buck DC-DC输入端高频旁路电容放置也较远，靠近输入电源引脚也增加4700pF高频旁路电容。图9：导入对策后辐射发射测试数据
0.3、问题根因分析
通过分析试验验证，确定问题产生的根因是：异步Buck DC-DC续流二极管的反向恢复电流产生的噪声，内部开关管产生的开关噪声由于输入端旁路电容放置较远，高频旁路的效果较差引起的噪声辐射。三路同步Buck DC-DC开关管产生噪声，续流MOS管产生的开关噪声，通过LED灯连接线缆耦合形成的空间辐射，输入端高频旁路电容放置较远引发的噪声辐射是问题产生的根本原因。根据问题根因分析，结合实际场景，拟定问题的解决方案为：异步Buck DC-DC续流二极管两端增加RC吸收电路，输入电源引脚增加4700pF高频旁路电容。同步Buck DC-DC的开关MOS管，续流MOS管增加RC吸收电路，输入电源引脚增加4700pF高频旁路电容。1.![]()
图10：解决方案对策图片
原理图设计导入对策后，同步修改PCB Layout设计，导入改善对策。
0.5、案例总结与思考
本案例带给我们的启示是：Buck DC-DC电路的辐射噪声源头主要来自开关MOS管，以及续流二极管或同步续流MOS管，耦合路径主要是输入电源引脚。开关MOS管增加RC吸收电路，续流二极管或者同步MOS管增加RC吸收电路，电源输入引脚增加高频旁路电容是解决Buck DC-DC电路辐射问题的主要解决方案。 ![]()
