如何改進(jìn)小間距LED顯示屏的電磁兼容性（EMC）

　　小間距LED顯示屏正逐步進(jìn)入新的室內應用領(lǐng)域，如監控中心、會(huì )議室、小型展廳、辦公室等，因此，安全和干擾的問(wèn)題不容忽視。本文以一個(gè)沒(méi)有針對EMC設計的產(chǎn)品為實(shí)例，對其進(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)化設計，最后總結了針對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(zhuān)業(yè)室內大屏幕顯示市場(chǎng)。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(chǎng)。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(mǎn)足高端用戶(hù)對觀(guān)看效果的要求，因此未來(lái)小間距LED顯示技術(shù)有望在該領(lǐng)域取得輝煌戰果。

　　考慮到高密度LED顯示屏將會(huì )逐步從專(zhuān)業(yè)室內領(lǐng)域過(guò)渡進(jìn)入大眾室內，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設計與認證顯得越來(lái)越重要， LED顯示屏的EMC設計與改進(jìn)刻不容緩。

　　眾所周知，發(fā)光二極管是一種低壓驅動(dòng)的半導體光源，以往戶(hù)外顯示屏的交流-直流轉換與傳輸均在戶(hù)外完成，距離人群較遠。而當高密度LED顯示屏逐步進(jìn)入戶(hù)內后，我們不得不考慮這一過(guò)程中電磁輻射在有限空間內的累積。

　　為了深入研究LED顯示屏的EMC，選取某LED顯示屏制造廠(chǎng)商的P2.5顯示模組進(jìn)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最有效的設計與改進(jìn)方法。

　　遵照IEC和CISPR標準，樣品測試項分為EMI和EMS兩大類(lèi)。測試結果如下： (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，檢測結果：發(fā)射干擾。 (3)測驗標準： EN61000-3-2:2006/A2:2009，檢測結果：諧波干擾。 (4)測驗標準： EN61000-3-3:2013，檢測結果：電壓變化波動(dòng)、閃爍干擾。 (5)測驗標準： EN 61000-4-2:2009，檢測結果：靜電放電保護。(6)測驗標準： EN 61000-4-3:2006+A2:2010，檢測結果：射頻電磁場(chǎng)保護。 (7)測驗標準： EN 61000-4-4:2004+A1:2010，檢測結果：瞬變脈沖保護。 (8)測驗標準： EN 61000-4-5:2006，檢測結果：浪涌電壓保護。 (9)測驗標準： EN 61000-4-6:2009，檢測結果：傳導干擾保護。 (10)測驗標準： EN 61000-4-8:2010，檢測結果：工頻磁場(chǎng)保護。

　　由于該LED顯示產(chǎn)品本身采用高端的開(kāi)關(guān)電源、設有瞬態(tài)電壓抑制器、走線(xiàn)規范，從檢測結果可以得到除了發(fā)射以外，其他各項測試均順利通過(guò)，因此，發(fā)射成為了LED顯示產(chǎn)品通過(guò)EMC認證需要攻克的重點(diǎn)問(wèn)題。根據以往的測量數據來(lái)看， LED顯示屏的開(kāi)關(guān)電源、控制卡和內部信號傳輸都會(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(guò)調整發(fā)光管上電流脈沖的參數來(lái)實(shí)現高灰度、高刷新，因此，顯示屏的刷新率要求越高，系統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)應用的必然結果，也是顯示屏最主要的電磁騷擾源之一。

　　顯示屏內部各種信號電纜輸入輸出線(xiàn)、電源輸入輸出線(xiàn)密布，由開(kāi)關(guān)電源和控制卡上的晶振產(chǎn)生的電磁輻射會(huì )在內部電纜間相互耦合，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(jìn)行了實(shí)驗。

　　1 屏蔽

　　通過(guò)測試，發(fā)現模塊與系統轉接板之間的信號連接扁平電纜是重點(diǎn)整改對象。起初通過(guò)增加磁環(huán)，尖峰得到了一定的抑制(見(jiàn)圖1和圖2)，但是效果不明顯。

　　真正發(fā)現有明顯改善的是扁平電纜的長(cháng)度，當使用系統轉接板帶載一塊模塊，模塊輸出級聯(lián)另一塊模塊，噪聲值僅增加0.5至1dB。而系統轉接板增加通道，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(cháng)度是級聯(lián)時(shí)長(cháng)度的1.3倍，而噪聲值提高8倍以上。另外，通過(guò)數據對比發(fā)現，電源線(xiàn)處加磁環(huán)，噪聲抑制效果十分明顯(見(jiàn)圖1和圖3)。

　　2 濾波

　　現場(chǎng)測試時(shí)，在模塊電源VH2處增加一個(gè)3300uf的電解電容，發(fā)現對輻射的抑制作用明顯，特別是在30MHz至1000MHz區間對毛刺和能量頻譜的抑制作用明顯(見(jiàn)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(xiàn)越平滑。當然，電容值的選擇需要按照實(shí)際的設計要求來(lái)定。

　　3 地層屏蔽

　　當轉接板由原先的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(jìn)行防護。

　　當LED面陣驅動(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。當轉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、輻射的數值與dv/dt 或者 di/dt成正比，所以電壓越高，傳導、輻射的數值越大。樣品的供電電壓是4.6V，當電壓調整供為4.2V后，從實(shí)驗數據可以看出，發(fā)現尖峰毛刺也能得到一定改善(圖7、圖8)。

　　5 優(yōu)化產(chǎn)品結構

　　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(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(cháng)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)為后蓋內加涂鍍層，同時(shí)采用塑膠銀銅導電漆，通過(guò)螺釘和整個(gè)箱體相連接，使得噴涂面對角線(xiàn)電阻測量不大于20歐姆，能過(guò)這樣的工藝改進(jìn)，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(guò)改變GCLCK的數值大小，來(lái)達到減小的目的，但是從實(shí)際實(shí)驗中我們發(fā)現，倍頻數值影響不大。這個(gè)改進(jìn)在現實(shí)中不可取。

　　8 結論

　　通過(guò)上述反反復復的測試、改進(jìn)、再測試，樣品最終通過(guò)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(guò)改善扁平電纜的長(cháng)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)品結構、改進(jìn)產(chǎn)品工藝等手段，在LED顯示屏的設計之初，就可以規避很多存在的EMC問(wèn)題，減少改進(jìn)的工作量，提高產(chǎn)品的設計成功率

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　　編者注：

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　　原題目：戶(hù)內小間距LED顯示屏的電磁兼容(EMC)設計與研究

　　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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