汽车LED车灯驱动的电磁兼容研究

敖卓强

摘 要：目前汽车LED车灯在为汽车制造行业中得到广泛应用，同时也面临着新的挑战。随着汽车工业朝着智能化、电动化、共享化以及网联化的方向发展，汽车制造中所采用的电子设备也在不断增加，其在正常运转时会形成强烈的电磁干扰，对其他电子设备的正常工作造成不利影响，甚至导致部分设备出现失灵的状况，使行车风险大幅度增加。其中对汽车LED车灯驱动所造成的电磁干扰问题受到广泛关注。本文就目前汽车电子设备的EMC标准规范，以及车灯LED驱动电磁干扰的形成机理及抑制措施进行分析和探讨。

关键词：汽车LED车灯;电磁干扰;抑制措施

0 引言

目前汽车行业的快速发展，极大地提高了汽车灯具在汽车安全领域中所占据的地位，特别是在夜间行车时，车灯的使用效果越来越受到广泛关注，其质量好坏直接影响着驾驶人员、行人以及来往车辆的安全。随着LED照明技术发展，其生产成本在不断降低，并具有灯泡体积小、使用寿命长、响应时间快、能耗低、造型设计灵活等优势，在汽车生产中得到广泛应用，并成为汽车照明的首选。因此对汽车LED车灯驱动所造成的电磁干扰问题加强研究势在必行。

1 汽车EMC标准规范概述

目前汽车电子零部件产品的电磁兼容标准及种类较多，就我国而言，汽车EMC标准主要是依据等同或者对国际及其他地区的标准进行部分修改，针对车辆内部零部件的无线电干扰特性等制定的相关标准，其中通过加强LED车灯设计，使电磁干扰问题得以有效解决，确保其符合相关EMC标准[1]。另外各标准体系之间应进行相互参考、相互对应以及相互补充，同时也并非完全等同，并且在测试要求及测试方法方面也存在一定的差异性，因此通常整车生产厂家需要根据国际通用标准，制定比通用标准更严格的自身EMC标准。

2 车灯LED驱动电磁干扰形成机理及相关抑制措施

电磁干扰三要素为干扰源、传输路径和敏感设备，通常来说，电磁干扰现象的发生，离不开任何一个因素，电磁干扰现象都不会发生。对于LED驱动设计来说，要满足汽车行业的电磁兼容标准，需要从干扰源和传输路径两方面去解决。

LED驱动主要因开关管MOS、驱动芯片IC、PCB走线高速信号辐射以及输出二极管的反向恢复等导致干扰现象出现。在LED开关控制驱动器中，在驱动IC输出驱动信号作用下，开关MOS管以1MHz左右的频率进行高速接通或中断，并驱动IC以100kHz左右进行电压调整，在整个驱动电路回路中会产生高速的dv/dt、di/dt以及高次谐波。

针对因开关MOS管和驱动IC所产生的干扰问题，可采取以下措施进行解决：开关MOS管在开关控制LED驱动器中，因为上述原因会产生高次谐波及高速di/dt、dv/dt时，会因某前照灯打开而导致车载收音机FM频段中出现噪声，其形成原因主要来自于车灯驱动中的MOS管高速开关所产生的高辐射所带来的干扰噪声，并被车载收音机所接收。在MOS管高速开关进行动作时，一旦出现电阻增大，可减小MOS管开关的dv/dt，使电压上升斜率减缓，从而使电磁干扰降低。同时还应对MOS管损耗增加予以关注，此操作会使MOS管的温度上升，因此需要对EMC与热损耗进行仔细权衡。而在驱动IC输出开关工作频率，需要进行转换成直流平整DC电压，此操作需增加对应滤波形式电路及相关串联电感形式进行谐波抑制，保证电路供电电压直流平整，无谐波峰出现造成电路干扰。

针对输出整流二极管产生的干扰问题，可采用以下措施进行解决：通常转换效率较高的DC/DC结构会应用于远近光驱动中，输出端中包括了整流二极管VD，在其开关打开或关闭过程中，会在其两端形成正负交替变化电压，如两端通入正向电压时，二极管导通，如通入电压瞬间出现反向，则二极管上的电流也突然反向，之后开始变小，形成反向截止状态，即二极管反向恢复现象。因电流下降并不会立即变为零，所以反向恢复时间会产生振荡尖峰。为了有效解决干扰问题，应从干扰源入手，在二极管两端对电阻A和电容C进行并联，构成阻容吸收电路，并在二极管反向恢复瞬间，对反向恢复时的电流峰值进行抑制，同时所产生的缓冲吸收效果也存在差异性，通常电阻值越大，导致吸收效果越差。另外吸收回路主要起到抑制电路中干扰噪声的作用，并以热能的方式将这部分能量消耗掉，能够通过低成本的方式，从根本上使EMC干扰减小。

3 汽车LED车灯驱动的电磁干扰传输路径抑制措施

在电磁干扰产生时，还需要借助相应的媒介进行传播，其中干扰噪声主要借助于地线、电源线、信号线等，对其他设备造成影响，即主要为传导方式;而由电压电流变化所产生的电磁波，通过空间传播的方式对其他设备造成影响，即为辐射方式。针对上述两种传输路径，可采取以下的抑制措施：

3.1 傳导

因干扰主要利用线束进行传播，在车体线束与汽车LED驱动之间应采取有效隔离措施，从而使LED驱动所产生的干扰无法通过线束进行传播。其中通过EMI滤波技术的应用，能够使抑制传导干扰取得明显的成效。抑制传导干扰主要通过在驱动输入端进行EMI滤波器的接入，从源头上对电磁干扰进行抑制。

3.2 辐射

电磁波的传播媒介主要为空气，能够将汽车LED驱动所产生的电磁波进行辐射，同时也能接受来自外界电磁波辐射，并将其耦合至驱动线路上。针对此现象，可采用于屏蔽的方式，有效避免辐射干扰。其中屏蔽方式包括了电缆屏蔽、屏蔽罩等。屏蔽罩通常采用马口铁、不锈钢、镀锌铁等材料，因此成本较高。另外屏蔽罩上会存在接缝和开口部位，极容易导致电磁泄露，对屏蔽效果造成影响，因需要在设计时对开口尺寸加强重视。

4 结束语

通过从上述两个方面，对车灯LED驱动电磁干扰形成机理进行分析，并对相应的解决措施进行探讨，其中包括了电磁干扰源以及传输路径。针对LED车灯驱动的主要干扰源，即输出整流二极管、开关MOS管、驱动IC以及PCB线路布局产生的电磁辐射等。可利用MOS管开关速度减缓、RC、LC吸收电路增加以及PCB走线环路面积减小等方法对干扰问题予以解决。同时通过相关测试表明，上述方法能够对一定的电磁干扰现象予以消除。

参考文献：

[1]熊杰飞，侯元涛.汽车LED车灯驱动的电磁兼容研究[C].2019中国汽车工程学会年会论文集（4），2019.