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制(PWM)技術實現LED的恒流供電和調光功能，因此會產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生電磁干擾的相關數據，并提出相應的解決措施。

　　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：

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

　　(2)后級再以斬波方式，進行低頻脈沖寬度調制，用調節占空比的方式來調節燈具的亮度。這一部分電路通常為燈具廠自行開發，開關頻率各廠差異較大。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產生高次諧波，其對劇場和演播室中的音、視頻系統和其他弱電系統產生無線電騷擾，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使工頻電流發生畸變，產生的低次諧波會對電網造成污染，影響其他電氣設備運行。

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

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

　　2 實驗內容和方法

　　2.1 實驗條件

　　本研究需要專業的各種電磁兼容測試設備，如電源分析儀、人工電源網絡、傳導測試接收機、輻射干擾接收機和三環天線等，有的測試還需要在電波暗室中進行，因此，必須委托經國家相關部門批準的專業檢測機構進行檢測。

　　2.2 試驗用燈具

　　試驗用燈具共有2類5個型號。每個型號1個燈具，共5個燈具。詳見表1。

　　表1 試驗用燈具類型和編號

　　2.3 實驗內容

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

　　(2)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個相等的級段，測試各級段的諧波分量。

　　2.4 實驗方法和步驟

　　先將待測的燈具老化100小時，待燈具的參數穩定之后，再送檢。

　　2.4.1 無線電騷擾測試

　　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行測試。

　　(1)燈具電源端測試按以下5個頻段進行：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個頻段進行：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的要求進行測試。

　　按國標GB 17743-2007的要求進行測試。

　　(1)9 kHz ～ 30 MHz頻率范圍測試按以下4個頻段進行：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個頻段進行：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GB 17625.1-2003中對C類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)

　　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射限值見GB 17625.1-2003。

　　3 實驗結果和分析

　　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量監督檢驗站檢測，但各個燈具的測試結果不同程度地超過了標準規定的限值，為此，燈具廠對燈具進行了技術改進，改進后的1#燈具重新送檢，并通過了兩項標準的測試。

　　5#和2#燈具分別送廣州相關測試機構檢測，均已通過兩項標準的測試。

　　以下是對其中3個燈具的主要測試參數進行分析。

　　3.1 1#燈具測試結果

　　3.1.1 無線電騷擾特性測量

　　(1)傳導騷擾電壓測試

　　A. 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)。參見圖4。

　　圖4 電源端9 kHz ～ 30 MHz范圍內傳導騷擾電壓(準峰值)

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

　　圖5 電源端9 kHz ~ 30 MHz范圍內傳導騷擾電壓(平均值)

　　(2)輻射電磁騷擾測試

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

　　圖6 水平環形天線測試的輻射電磁騷擾值

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

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

　　以上測試根據測試單位告知是在全功率的42%左右(控制數據為十六進制6C，最大值為FF)、無線電騷擾最大時的測試數據。根據上述測試數據，1#燈具的電源端的傳導騷擾電壓和輻射電磁騷擾，達到GB 17743-2007的要求。

　　注：本次測試未對控制端的傳導騷擾電壓進行測試。