小間距LED顯示屏正逐步進入新的室內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域，如監(jiān)控中心、會議室、小型展廳、辦公室等，因此，安全和干擾的問題不容忽視。本文以一個沒有針對EMC設(shè)計的產(chǎn)品為實例，對其進行相關(guān)的電磁兼容性(EMC)進行測試、分析并進行優(yōu)化設(shè)計，最后總結(jié)了針對LED顯示屏EMC改進的幾種方法。
【關(guān)鍵詞】 EMC;小間距;LED顯示屏
2012-2015年是高密度LED顯示屏迅猛發(fā)展的三年，預(yù)測高密度LED產(chǎn)品的發(fā)展將經(jīng)歷三個階段。第一階段，進入專業(yè)室內(nèi)大屏幕顯示市場。第二階段，進入商務(wù)會議與教育領(lǐng)域，逐步替代投影儀。第三階段，進入高端家用電視市場。受限于液晶電視的技術(shù)，目前110寸以上的大屏幕高端家用電視領(lǐng)域技術(shù)缺位，投影技術(shù)又難以滿足高端用戶對觀看效果的要求，因此未來小間距LED顯示技術(shù)有望在該領(lǐng)域取得輝煌戰(zhàn)果。
考慮到高密度LED顯示屏將會逐步從專業(yè)室內(nèi)領(lǐng)域過渡進入大眾室內(nèi)，加之人們對自身健康安全的需求日益增強，關(guān)系到健康安全的EMC設(shè)計與認證顯得越來越重要， LED顯示屏的EMC設(shè)計與改進刻不容緩。
眾所周知，發(fā)光二極管是一種低壓驅(qū)動的半導體光源，以往戶外顯示屏的交流-直流轉(zhuǎn)換與傳輸均在戶外完成，距離人群較遠。而當高密度LED顯示屏逐步進入戶內(nèi)后，我們不得不考慮這一過程中電磁輻射在有限空間內(nèi)的累積。
為了深入研究LED顯示屏的EMC，選取某LED顯示屏制造廠商的P2.5顯示模組進行相關(guān)的測試，以驗證我們的分析，并找到針對LED顯示屏EMC最有效的設(shè)計與改進方法。
遵照IEC和CISPR標準，樣品測試項分為EMI和EMS兩大類。測試結(jié)果如下： (1)測驗標準： EN55022:2010+AC:2011/CISPR22(2008-09)、 EN61000-6-3:2007/A1:2011/AC:2012，檢測結(jié)果:傳導干擾。 (2)測驗標準:EN55022:2010+AC:2011/CISPR22(2008-09)、EN61000-6-3:2007/A1:2011/AC:2012，檢測結(jié)果：發(fā)射干擾。 (3)測驗標準： EN61000-3-2:2006/A2:2009，檢測結(jié)果：諧波干擾。 (4)測驗標準： EN61000-3-3:2013，檢測結(jié)果：電壓變化波動、閃爍干擾。 (5)測驗標準： EN 61000-4-2:2009，檢測結(jié)果：靜電放電保護。(6)測驗標準： EN 61000-4-3:2006+A2:2010，檢測結(jié)果：射頻電磁場保護。 (7)測驗標準： EN 61000-4-4:2004+A1:2010，檢測結(jié)果：瞬變脈沖保護。 (8)測驗標準： EN 61000-4-5:2006，檢測結(jié)果：浪涌電壓保護。 (9)測驗標準： EN 61000-4-6:2009，檢測結(jié)果：傳導干擾保護。 (10)測驗標準： EN 61000-4-8:2010，檢測結(jié)果：工頻磁場保護。
由于該LED顯示產(chǎn)品本身采用高端的開關(guān)電源、設(shè)有瞬態(tài)電壓抑制器、走線規(guī)范，從檢測結(jié)果可以得到除了發(fā)射以外，其他各項測試均順利通過，因此，發(fā)射成為了LED顯示產(chǎn)品通過EMC認證需要攻克的重點問題。根據(jù)以往的測量數(shù)據(jù)來看， LED顯示屏的開關(guān)電源、控制卡和內(nèi)部信號傳輸都會產(chǎn)生不同程度的電磁輻射。另外， LED顯示屏的工作原理是通過調(diào)整發(fā)光管上電流脈沖的參數(shù)來實現(xiàn)高灰度、高刷新，因此，顯示屏的刷新率要求越高，系統(tǒng)卡上信號頻率也隨之提高，產(chǎn)生的輻射干擾就越強，這是顯示屏高品質(zhì)應(yīng)用的必然結(jié)果，也是顯示屏最主要的電磁騷擾源之一。
顯示屏內(nèi)部各種信號電纜輸入輸出線、電源輸入輸出線密布，由開關(guān)電源和控制卡上的晶振產(chǎn)生的電磁輻射會在內(nèi)部電纜間相互耦合，形成輻射通道，最終傳導出去形成傳導干擾，這一部分輻射最易被人們忽略，卻是輻射發(fā)射的重要組成部分，為此可以采取以下措施進行了實驗。
1 屏蔽
通過測試，發(fā)現(xiàn)模塊與系統(tǒng)轉(zhuǎn)接板之間的信號連接扁平電纜是重點整改對象。起初通過增加磁環(huán)，尖峰得到了一定的抑制(見圖1和圖2)，但是效果不明顯。
真正發(fā)現(xiàn)有明顯改善的是扁平電纜的長度，當使用系統(tǒng)轉(zhuǎn)接板帶載一塊模塊，模塊輸出級聯(lián)另一塊模塊，噪聲值僅增加0.5至1dB。而系統(tǒng)轉(zhuǎn)接板增加通道，即多帶載一塊模塊后，噪聲值增加6至8dB。增加通道時，扁平電纜的長度是級聯(lián)時長度的1.3倍，而噪聲值提高8倍以上。另外，通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，電源線處加磁環(huán)，噪聲抑制效果十分明顯(見圖1和圖3)。
2 濾波
現(xiàn)場測試時，在模塊電源VH2處增加一個3300uf的電解電容，發(fā)現(xiàn)對輻射的抑制作用明顯，特別是在30MHz至1000MHz區(qū)間對毛刺和能量頻譜的抑制作用明顯(見圖4和圖5)。電容值越大，對毛刺尖峰的抑制作用越明顯，濾波后的曲線越平滑。當然，電容值的選擇需要按照實際的設(shè)計要求來定。
3 地層屏蔽
當轉(zhuǎn)接板由原先的2層板改為4層板，也就是增加了頂層與底層的接地層，這樣做也可以對電路輻射進行防護。
當LED面陣驅(qū)動板增加兩層接地，由原先的4層板變成6層板，能起到較好防止輻射的作用。當轉(zhuǎn)接板周邊附整邊銅箔，并與金屬箱體用螺釘緊固，形成外殼地，從而達到對信號起到屏蔽作用(圖6)。
4 降低產(chǎn)品的供電電壓
因為傳導、輻射的數(shù)值與dv/dt 或者 di/dt成正比，所以電壓越高，傳導、輻射的數(shù)值越大。樣品的供電電壓是4.6V，當電壓調(diào)整供為4.2V后，從實驗數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)現(xiàn)尖峰毛刺也能得到一定改善(圖7、圖8)。
5 優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
考慮到輻射與最大孔徑尺寸有關(guān)，當圓孔間距遠大于圓孔直徑時，屏蔽效果也能得到了大大改善，因此，后蓋的散熱縫原先為長橢圓孔后更改為4mm直徑的圓孔。
6 改進產(chǎn)品工藝
原樣品后蓋為普通塑料件，改進為后蓋內(nèi)加涂鍍層，同時采用塑膠銀銅導電漆，通過螺釘和整個箱體相連接，使得噴涂面對角線電阻測量不大于20歐姆，能過這樣的工藝改進，也能較好地對輻射起保護作用。
7 倍頻
由于LED顯示屏GCLCK信號影響顯示屏的刷新率等效果，所以通過改變GCLCK的數(shù)值大小，來達到減小的目的，但是從實際實驗中我們發(fā)現(xiàn)，倍頻數(shù)值影響不大。這個改進在現(xiàn)實中不可取。
8 結(jié)論
通過上述反反復復的測試、改進、再測試，樣品最終通過了輻射檢測，改進工作大獲成功，也為其他LED顯示屏的EMC 整改工作找到了可參考的方法。通過改善扁平電纜的長度、電源V處增加合適的大容量電解電容、降低產(chǎn)品的供電電壓、地層屏蔽、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、改進產(chǎn)品工藝等手段，在LED顯示屏的設(shè)計之初，就可以規(guī)避很多存在的EMC問題，減少改進的工作量，提高產(chǎn)品的設(shè)計成功率
編者注：
本篇文章原題目：戶內(nèi)小間距LED顯示屏的電磁兼容(EMC)設(shè)計與研究
作者： 劉成惠 江陰職業(yè)技術(shù)學院電子信息工程系
姜玲玲 南京洛普股份有限公司
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