LED電視普通照明燈具的電磁干擾問(wèn)題研究

表2 減少測試距離限值換算的結果

　　注：對于這種減少測試距離、限值換算的測試方式的準確度有不同的看法。一般在電波暗室不能滿(mǎn)足10m測試距離時(shí)可用CDN測試法，此測試法為GB 17743-2007所允許。

　　以上測試根據檢測單位告知是在全功率下進(jìn)行的，全功率是該燈無(wú)線(xiàn)電騷擾最大狀態(tài)。根據上述測試數據，5#燈具的電源端和控制端的傳導騷擾電壓及其輻射電磁騷擾，都達到國家標準GB 17743-2007的要求。檢測單位提供了該燈測試合格的正式測試報告。

3.2.2 諧波電流測量

　　根據GB 17625.1-2003的要求應在最小功率和最大功率之間分為5個(gè)相等的級段，即在20%、40%、60%、80%和100%功率條件下測試各諧波分量，以下是5種情況下的測試數據，參見(jiàn)圖15 ～圖19。

圖15 100%功率條件下測試各諧波分量

圖16 80%功率條件下測試各諧波分量

圖17 60%功率條件下測試各諧波分量

圖18 40%功率條件下測試各諧波分量

圖19 20%功率條件下測試各諧波分量

根據以上測試數據，5#燈具的諧波電流全部達到GB17625.1-2003的要求，在5種功率測試過(guò)程中11次諧波相對較大，但都在限值以下。且此燈電流波形畸變相對較小。參見(jiàn)圖20。

圖20 5#燈具的電流波形

　　3.3 3#燈具測試結果

　　3.3.1 無(wú)線(xiàn)電騷擾特性測量

　　燈具的電源端頻率為9 kHz ～ 30 MHz范圍內傳導騷擾電壓（準峰值）。參了圖21。

圖21 電源端頻率為9 kHz ～30 MHz范圍內傳導騷擾電壓（準峰值）

　　從以上數據表明3＃燈具在631.5 kHz和771 kHz處的騷擾電壓超過(guò)了GB 17743-2007的限值。

　　3.3.2 諧波電流測量

　　該燈在滿(mǎn)功率（50 W）的條件下進(jìn)行了諧波測試，測試結果如表3。

表3 3#燈具在滿(mǎn)功率（50 W）條件下諧波測試的結果

　　從表3 中可知絕大多數的諧波電流都超過(guò)了GB17625.1-2003的規定，表中的“Fail”即表示不合格。此外，該燈的功率因數特別低，只有0.455。

　　注： 該燈僅在滿(mǎn)功率情況下測試， 未按G B17625.1-2003的要求在最小功率和最大功率之間分為5個(gè)相等的級段，即沒(méi)有在20%、40%、60%、80%和100%功率條件下測試各諧波分量。

　　4 結論與建議

　　4.1 結論

　　LED燈具工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生一定程度的無(wú)線(xiàn)電騷擾和諧波，但只要在燈具中配置電磁兼容性能優(yōu)質(zhì)的電源裝置，電磁干擾可以控制在標準許可的范圍內，符合相關(guān)標準的燈具不會(huì )影響演播室和舞臺其他設備的正常工作。

　　4.2 建議

　?。?）電磁兼容的標準均屬強制性標準，采購LED燈具時(shí)，應在電磁干擾方面嚴格把關(guān)，應要求供貨方提供相關(guān)標準的測試合格報告。

　?。?）即使是符合相關(guān)標準的LED燈具工作時(shí)也會(huì )產(chǎn)生一定程度的3次諧波，絕對值雖不太大，但大量使用LED燈具時(shí)，應予以重視。諧波測試資料顯示LED燈具的電流波形會(huì )有不同程度的畸變。在三相供電中，各相線(xiàn)中的3次諧波在電源的中性線(xiàn)中是不能互相抵消的，因此，演播室燈光供電線(xiàn)路的中性線(xiàn)的截面積不應過(guò)小，宜與相線(xiàn)截面積等同。

　?。?）在本次研究中，由于燈具委托不同的測試單位進(jìn)行檢測，導致測試的項目和方法不盡相同。如有的燈具未對控制端測試無(wú)線(xiàn)電騷擾值，在諧波測試中，有的燈具未按5個(gè)相等的級段測試。LED演藝燈具作為新型燈具，目前相關(guān)國家標準中檢測規定尚不十分明確，建議盡快制定相關(guān)標準，明確對電磁干擾方面的質(zhì)量指標要求。

　摘 要：LED電視普通照明燈具通常采用脈沖寬度調制（PWM）技術(shù)實(shí)現LED的恒流供電和調光功能，因此會(huì )產(chǎn)生一定程度的無(wú)線(xiàn)電騷擾和諧波。本文通過(guò)對部分LED燈具的測試和研究，掌握LED燈具在使用中可能產(chǎn)生電磁干擾的相關(guān)數據，并提出相應的解決措施。

　　近年來(lái)，大功率LED照明技術(shù)快速發(fā)展，由于LED光源具有節能環(huán)保、壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，符合“節能減排”、“低碳經(jīng)濟”的理念和世界發(fā)展的大趨勢，因此，在各個(gè)照明領(lǐng)域都得到廣泛的重視和應用。在舞臺和影視照明方面，更由于LED燈具能應用色彩加法原理無(wú)光損地獲得各種色彩、調光性能好、能瞬間啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞。

　　中央電視臺在新臺址的建設中希望其演播室能推廣應用LED照明，特組織了各方面的專(zhuān)家，于2009年12月成立了《LED照明燈具在電視演播室應用研究》課題組，對LED燈具在演播室應用進(jìn)行全方位的研究，為L(cháng)ED燈具在電視臺演播室全面推廣提供科學(xué)依據。筆者有幸參加了課題組，并承擔了LED燈具對演播室電磁干擾方面的研究工作，本文是在該課題研究的基礎上寫(xiě)成的。

　　1 原理和目的

　　LED光源是一種低壓直流器件，因此，LED燈具需要有一個(gè)能將220 V交流電轉換成符合LED工作要求低壓直流的電源，但是舞臺和影視用的燈具又需要具有調光功能，因此，其電源更為復雜。目前演播室用LED燈具配置的電源裝置其主流模式是：

　?。?）前級采用普通脈沖寬度調制（PWM）的開(kāi)關(guān)電源，作為低壓直流電源，開(kāi)關(guān)頻率通常為幾十千赫茲。

　?。?）后級再以斬波方式，進(jìn)行低頻脈沖寬度調制，用調節占空比的方式來(lái)調節燈具的亮度。這一部分電路通常為燈具廠(chǎng)自行開(kāi)發(fā)，開(kāi)關(guān)頻率各廠(chǎng)差異較大。通常為數百赫茲到幾十千赫茲不等。

　　在脈沖寬度調制的工作方式中，電源裝置對電流的斬波會(huì )產(chǎn)生高次諧波，其對劇場(chǎng)和演播室中的音、視頻系統和其他弱電系統產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電騷擾，可能影響其他設備的正常工作。此外，由于電源裝置中的整流電路和電容濾波電路會(huì )使工頻電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生的低次諧波會(huì )對電網(wǎng)造成污染，影響其他電氣設備運行。

　　因此，需要對LED燈具進(jìn)行一系列的測試：按國標GB17743-2007《電氣照明和類(lèi)似設備的無(wú)線(xiàn)電騷擾特性的限值和測量方法》進(jìn)行測試，測量其無(wú)線(xiàn)電騷擾特性是否滿(mǎn)足該標準的要求；按國標GB 17625.1-2003 《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（設備每相輸入電流≤16A）》進(jìn)行測試，測試其諧波電流是否滿(mǎn)足該標準的要求。

　　通過(guò)本課題的實(shí)驗和研究，了解LED燈具在演播室使用中可能產(chǎn)生電磁干擾的相關(guān)數據，并提出相應的解決措施。

　　2 實(shí)驗內容和方法

　　2.1 實(shí)驗條件

　　本研究需要專(zhuān)業(yè)的各種電磁兼容測試設備，如電源分析儀、人工電源網(wǎng)絡(luò )、傳導測試接收機、輻射干擾接收機和三環(huán)天線(xiàn)等，有的測試還需要在電波暗室中進(jìn)行，因此，必須委托經(jīng)國家相關(guān)部門(mén)批準的專(zhuān)業(yè)檢測機構進(jìn)行檢測。

　　2.2 試驗用燈具

　　試驗用燈具共有2類(lèi)5個(gè)型號。每個(gè)型號1個(gè)燈具，共5個(gè)燈具。詳見(jiàn)表1。

表1 試驗用燈具類(lèi)型和編號

　　2.3 實(shí)驗內容

　?。?）按國標GB 17743-2007要求，找出調光過(guò)程中產(chǎn)生的最大騷擾點(diǎn)，測量該點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)電騷擾值。

　?。?）按國標GB 17625.1-2003要求，將燈具在最小功率和最大功率之間分為5個(gè)相等的級段，測試各級段的諧波分量。

　　2.4 實(shí)驗方法和步驟

　　先將待測的燈具老化100小時(shí)，待燈具的參數穩定之后，再送檢。

　　2.4.1 無(wú)線(xiàn)電騷擾測試

　　2.4.1.1 傳導騷擾電壓測試

　　按國標GB 17743-2007的要求在燈具電源端和控制端進(jìn)行測試。

　?。?）燈具電源端測試按以下5個(gè)頻段進(jìn)行：9 kHz ～50 kHz；50 kHz ～ 150 kHz；150 kHz ～ 0.5 MHz；0.5 MHz～ 5.0 MHz；5.0 MHz ～ 30 MHz。

　?。?） 燈具控制端測試按以下2個(gè)頻段進(jìn)行：150 kHz ～0.5 MHz；0.5 MHz ～ 30 MHz。

2.4.1.2 輻射電磁騷擾測試

　　按國標GB 17743-2007的要求進(jìn)行測試。

　　按國標GB 17743-2007的要求進(jìn)行測試。

　?。?）9 kHz ～ 30 MHz頻率范圍測試按以下4個(gè)頻段進(jìn)行：9 kHz ～ 70 kHz；70 kHz ～ 150 kHz；150 kHz ～3.0 MHz；3.0 MHz ～ 30 MHz。圖1為其測試裝置示意圖。

圖1 9 kHz ～ 30 MHz頻率范圍輻射電磁騷擾測試裝置示意圖

　?。?） 在電波暗室中，對30 MHz ～ 300 MHz頻率范圍測試按以下2個(gè)頻段進(jìn)行：30 MHz ～ 230 MHz；230 MHz～ 300 MHz。圖2為30 MHz ～ 300 MHz頻率范圍輻射電磁騷擾測試裝置示意圖。

圖2 30 MHz ～ 300 MHz頻率范圍輻射電磁騷擾測試裝置示意圖

　　以上測試的無(wú)線(xiàn)電騷擾特性限值見(jiàn)GB 17743-2007。

　　2.4.2 諧波測試

　　按國標GB 17625.1-2003中對C類(lèi)設備以及內置調光器燈具的要求測試燈具的諧波分量，在最小功率和最大功率之間分為5個(gè)相等的級段，即在20%、40%、60%、80%和100%功率條件下測試各諧波分量，測試諧波次數n的范圍為：

　　n = 2、3、5、7、9以及11 ≤ n ≤ 39（僅有奇次諧波）