LED的電磁干擾問題研究與探討

LED電視普通照明燈具通常采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)LED的恒流供電和調(diào)光功能，因此會產(chǎn)生一定程度的無線電騷擾和諧波。本文通過對部分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(shù)據(jù)，并提出相應(yīng)的解決措施。

　　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(zhuǎn)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(diào)光功能，因此，其電源更為復(fù)雜。目前演播室用LED燈具配置的電源裝置其主流模式是：

　　(1)前級采用普通脈沖寬度調(diào)制(PWM)的開關(guān)電源，作為低壓直流電源，開關(guān)頻率通常為幾十千赫茲。

　　(2)后級再以斬波方式，進(jìn)行低頻脈沖寬度調(diào)制，用調(diào)節(jié)占空比的方式來調(diào)節(jié)燈具的亮度。這一部分電路通常為燈具廠自行開發(fā)，開關(guān)頻率各廠差異較大。通常為數(shù)百赫茲到幾十千赫茲不等。

　　在脈沖寬度調(diào)制的工作方式中，電源裝置對電流的斬波會產(chǎn)生高次諧波，其對劇場和演播室中的音、視頻系統(tǒng)和其他弱電系統(tǒng)產(chǎn)生無線電騷擾，可能影響其他設(shè)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使工頻電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生的低次諧波會對電網(wǎng)造成污染，影響其他電氣設(shè)備運(yùn)行。

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

　　通過本課題的實(shí)驗(yàn)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(shù)據(jù)，并提出相應(yīng)的解決措施。

　　2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法

　　2.1 實(shí)驗(yàn)條件

　　本研究需要專業(yè)的各種電磁兼容測試設(shè)備，如電源分析儀、人工電源網(wǎng)絡(luò)、傳導(dǎo)測試接收機(jī)、輻射干擾接收機(jī)和三環(huán)天線等，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)部門批準(zhǔn)的專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測。

　　2.2 試驗(yàn)用燈具

　　試驗(yàn)用燈具共有2類5個(gè)型號。每個(gè)型號1個(gè)燈具，共5個(gè)燈具。詳見表1。

　　表1 試驗(yàn)用燈具類型和編號

　　2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

　　(1)按國標(biāo)GB 17743-2007要求，找出調(diào)光過程中產(chǎn)生的最大騷擾點(diǎn)，測量該點(diǎn)的無線電騷擾值。

　　(2)按國標(biāo)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(yàn)方法和步驟

　　先將待測的燈具老化100小時(shí)，待燈具的參數(shù)穩(wěn)定之后，再送檢。

　　2.4.1 無線電騷擾測試

　　2.4.1.1 傳導(dǎo)騷擾電壓測試

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

　　(1)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。

　　(2) 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(biāo)GB 17743-2007的要求進(jìn)行測試。

　　按國標(biāo)GB 17743-2007的要求進(jìn)行測試。

　　(1)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

　　(2) 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

　　以上測試的無線電騷擾特性限值見GB 17743-2007。
2.4.2 諧波測試

　　按國標(biāo)GB 17625.1-2003中對C類設(shè)備以及內(nèi)置調(diào)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(shù)n的范圍為：

　　n = 2、3、5、7、9以及11 ≤ n ≤ 39(僅有奇次諧波)

　　圖3為諧波電流測試裝置示意圖。

　　圖3 諧波電流測試裝置示意圖

　　以上測試的諧波電流發(fā)射限值見GB 17625.1-2003。

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

　　從本次研究的燈具樣本1# ～ 5#中挑選了1#、3#和4#燈具送北京市家用電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站檢測，但各個(gè)燈具的測試結(jié)果不同程度地超過了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，為此，燈具廠對燈具進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，改進(jìn)后的1#燈具重新送檢，并通過了兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的測試。

　　5#和2#燈具分別送廣州相關(guān)測試機(jī)構(gòu)檢測，均已通過兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的測試。

　　以下是對其中3個(gè)燈具的主要測試參數(shù)進(jìn)行分析。

　　3.1 1#燈具測試結(jié)果

　　3.1.1 無線電騷擾特性測量

　　(1)傳導(dǎo)騷擾電壓測試

　　A. 燈具的電源端頻率為9 kHz ～ 30 MHz范圍內(nèi)傳導(dǎo)騷擾電壓(準(zhǔn)峰值)。參見圖4。

　　圖4 電源端9 kHz ～ 30 MHz范圍內(nèi)傳導(dǎo)騷擾電壓(準(zhǔn)峰值)

　　B. 燈具的電源端頻率為9 kHz ～ 30 MHz范圍內(nèi)傳導(dǎo)騷擾電壓(平均值)。參見圖5。

　　圖5 電源端9 kHz ~ 30 MHz范圍內(nèi)傳導(dǎo)騷擾電壓(平均值)

　　(2)輻射電磁騷擾測試

　　A. 頻率為9 kHz ～ 30 MHz范圍內(nèi)輻射電磁騷擾根據(jù)GB 17743-2007，燈具應(yīng)在三個(gè)互相正交的環(huán)形天線系統(tǒng)中測試，每一環(huán)形天線分別測試輻射電磁騷擾，圖6是其中水平環(huán)形天線測試的輻射電磁騷擾值。

　　圖6 水平環(huán)形天線測試的輻射電磁騷擾值

　　B. 頻率為30 MHz ～ 300 MHz范圍內(nèi)輻射電磁騷擾本次測試是采用CDN法測試，限值應(yīng)符合GB 17743-2007的相應(yīng)要求，測試結(jié)果見圖7。

　　圖7 頻率為30 MHz ～ 300 MHz范圍內(nèi)CDN法測試的輻射電磁騷擾

　　以上測試根據(jù)測試單位告知是在全功率的42%左右(控制數(shù)據(jù)為十六進(jìn)制6C，最大值為FF)、無線電騷擾最大時(shí)的測試數(shù)據(jù)。根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，1#燈具的電源端的傳導(dǎo)騷擾電壓和輻射電磁騷擾，達(dá)到GB 17743-2007的要求。

　　注：本次測試未對控制端的傳導(dǎo)騷擾電壓進(jìn)行測試。