小間距LED顯示屏正逐步進(jìn)入新的室內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域，如監(jiān)控中心、會(huì)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(gè)沒有針對(duì)EMC設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為實(shí)例，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的電磁兼容性(EMC)進(jìn)行測試、分析并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后總結(jié)了針對(duì)LED顯示屏EMC改進(jìn)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(gè)階段。第一階段，進(jìn)入專業(yè)室內(nèi)大屏幕顯示市場。第二階段，進(jìn)入商務(wù)會(huì)議與教育領(lǐng)域，逐步替代投影儀。第三階段，進(jìn)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(duì)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(huì)逐步從專業(yè)室內(nèi)領(lǐng)域過渡進(jìn)入大眾室內(nèi)，加之人們對(duì)自身健康安全的需求日益增強(qiáng)，關(guān)系到健康安全的EMC設(shè)計(jì)與認(rèn)證顯得越來越重要， LED顯示屏的EMC設(shè)計(jì)與改進(jìn)刻不容緩。
眾所周知，發(fā)光二極管是一種低壓驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)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(yuǎn)。而當(dāng)高密度LED顯示屏逐步進(jìn)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(jìn)行相關(guān)的測試，以驗(yàn)證我們的分析，并找到針對(duì)LED顯示屏EMC最有效的設(shè)計(jì)與改進(jìn)方法。
遵照IEC和CISPR標(biāo)準(zhǔn)，樣品測試項(xiàng)分為EMI和EMS兩大類。測試結(jié)果如下： (1)測驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： EN55022:2010+AC:2011/CISPR22(2008-09)、 EN61000-6-3:2007/A1:2011/AC:2012，檢測結(jié)果:傳導(dǎo)干擾。 (2)測驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： EN61000-3-2:2006/A2:2009，檢測結(jié)果：諧波干擾。 (4)測驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： EN61000-3-3:2013，檢測結(jié)果：電壓變化波動(dòng)、閃爍干擾。 (5)測驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： EN 61000-4-2:2009，檢測結(jié)果：靜電放電保護(hù)。(6)測驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： EN 61000-4-3:2006+A2:2010，檢測結(jié)果：射頻電磁場保護(hù)。 (7)測驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： EN 61000-4-4:2004+A1:2010，檢測結(jié)果：瞬變脈沖保護(hù)。 (8)測驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： EN 61000-4-5:2006，檢測結(jié)果：浪涌電壓保護(hù)。 (9)測驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： EN 61000-4-6:2009，檢測結(jié)果：傳導(dǎo)干擾保護(hù)。 (10)測驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： EN 61000-4-8:2010，檢測結(jié)果：工頻磁場保護(hù)。
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(xiàng)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(rèn)證需要攻克的重點(diǎn)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(hào)傳輸都會(huì)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(shí)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(hào)頻率也隨之提高，產(chǎn)生的輻射干擾就越強(qiáng)，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(hào)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(huì)在內(nèi)部電纜間相互耦合，形成輻射通道，最終傳導(dǎo)出去形成傳導(dǎo)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
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(hào)連接扁平電纜是重點(diǎn)整改對(duì)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(dāng)使用系統(tǒng)轉(zhuǎn)接板帶載一塊模塊，模塊輸出級(jí)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(shí)，扁平電纜的長度是級(jí)聯(lián)時(shí)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(duì)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(shí)，在模塊電源VH2處增加一個(gè)3300uf的電解電容，發(fā)現(xiàn)對(duì)輻射的抑制作用明顯，特別是在30MHz至1000MHz區(qū)間對(duì)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(duì)毛刺尖峰的抑制作用越明顯，濾波后的曲線越平滑。當(dāng)然，電容值的選擇需要按照實(shí)際的設(shè)計(jì)要求來定。
3 地層屏蔽
當(dāng)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(duì)電路輻射進(jìn)行防護(hù)。
當(dāng)LED面陣驅(qū)動(dòng)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(dāng)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(dá)到對(duì)信號(hào)起到屏蔽作用(圖6)。
4 降低產(chǎn)品的供電電壓
因?yàn)閭鲗?dǎo)、輻射的數(shù)值與dv/dt 或者 di/dt成正比，所以電壓越高，傳導(dǎo)、輻射的數(shù)值越大。樣品的供電電壓是4.6V，當(dāng)電壓調(diào)整供為4.2V后，從實(shí)驗(yàn)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(dāng)圓孔間距遠(yuǎn)大于圓孔直徑時(shí)，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(jìn)產(chǎn)品工藝
原樣品后蓋為普通塑料件，改進(jìn)為后蓋內(nèi)加涂鍍層，同時(shí)采用塑膠銀銅導(dǎo)電漆，通過螺釘和整個(gè)箱體相連接，使得噴涂面對(duì)角線電阻測量不大于20歐姆，能過這樣的工藝改進(jìn)，也能較好地對(duì)輻射起保護(hù)作用。
7 倍頻
由于LED顯示屏GCLCK信號(hào)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(dá)到減小的目的，但是從實(shí)際實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，倍頻數(shù)值影響不大。這個(gè)改進(jìn)在現(xiàn)實(shí)中不可取。
8 結(jié)論
通過上述反反復(fù)復(fù)的測試、改進(jìn)、再測試，樣品最終通過了輻射檢測，改進(jìn)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(jìn)產(chǎn)品工藝等手段，在LED顯示屏的設(shè)計(jì)之初，就可以規(guī)避很多存在的EMC問題，減少改進(jìn)的工作量，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jì)與研究
作者： 劉成惠 江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系
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