LED电视普通照明灯具的电磁干扰问题研究
扫描二维码
随时随地手机看文章
B. 灯具的电源端频率为9 kHz ～ 30 MHz范围内传导骚扰电压（平均值）。参见图5。
图5 电源端9 kHz ~ 30 MHz范围内传导骚扰电压（平均值） （2）辐射电磁骚扰测试 A. 频率为9 kHz ～ 30 MHz范围内辐射电磁骚扰根据GB 17743-2007，灯具应在三个互相正交的环形天线系统中测试，每一环形天线分别测试辐射电磁骚扰，图6是其中水平环形天线测试的辐射电磁骚扰值。
图6 水平环形天线测试的辐射电磁骚扰值 B. 频率为30 MHz ～ 300 MHz范围内辐射电磁骚扰本次测试是采用CDN法测试，限值应符合GB 17743-2007的相应要求，测试结果见图7。
图7 频率为30 MHz ～ 300 MHz范围内CDN法测试的辐射电磁骚扰 以上测试根据测试单位告知是在全功率的42%左右（控制数据为十六进制6C，最大值为FF）、无线电骚扰最大时的测试数据。根据上述测试数据，1#灯具的电源端的传导骚扰电压和辐射电磁骚扰，达到GB 17743-2007的要求。 注：本次测试未对控制端的传导骚扰电压进行测试。 3.1.2 谐波电流测量 根据GB 17625.1-2003的要求应在最小功率和最大功率之间分为5个相等的级段，即在20%、40%、60%、80%和100%功率条件下测试各谐波分量，测试单位仅提供20%和其他情况下干扰最大时的测试数据。 （1）在全功率的20%，即24 W左右时，测试数据见图8。 图8 在全功率的20%时的谐波电流 （2）除全功率的20%外，其他功率下谐波最大时的测试数据见图9。
图9 除全功率的20%外，其他功率下谐波最大情况的谐波电流 根据以上测试数据， 1 # 灯具的谐波电流达到GB17625.1-2003的要求，在低功率（20%）时，虽有较大的偶次谐波，但GB 17625.1-2003对2次以外的偶次谐波无限定。 这也是造成电流波形畸变较大（见图10）的原因，应引起重视。
图10 1#灯具的电流波形 3.2 5#灯具测试结果 3.2.1 无线电骚扰特性测量 （1）传导骚扰电压测试。 A. 灯具的电源端频率为9 kHz ～ 30 MHz范围内传导骚扰电压（准峰值），参见图11。
图11 灯具电源端频率为9 kHz ～ 30 MHz范围内传导骚扰电压（准峰值） B. 灯具的控制端频率为150 kHz ～ 30 MHz范围内传导骚扰电压（准峰值）。参见图12。
图12 灯具控制端频率为150 kHz ～ 30 MHz范围内传导骚扰电压（准峰值） （2） 辐射电磁骚扰测试 A. 灯具在频率为9 kHz ～ 30 MHz范围内辐射电磁骚扰。 根据GB 17743-2007，灯具应在三个互相正交的环形天线系统中测试，每一环形天线分别测试辐射电磁骚扰，图13是其中一个环形天线测试的辐射电磁骚扰值。
图13 频率为9 kHz ～ 30 MHz范围内辐射电磁骚扰 B. 灯具在频率为30 MHz ～ 300 MHz范围内辐射电磁骚扰。 由于电波暗室较小，无法按GB 17743-2007的测试要求在10 m距离进行测试，本次频率为30 MHz ～ 300MHz范围内辐射电磁骚扰的实际测试距离为3 m，根据国标GB 9254-2008 《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》的10.8，如在不同测试距离测试时，可根据下列公式换算： L2＝L1（d1/d2）。 L1——距离d1处规定的限值。 L2——距离d2时的新限值。 因此，将GB 17743-2007的限值换算成表2。天线垂直方向和水平方向的测试结果如图14所示。
图14 频率为30 MHz ～ 300 MHz范围内辐射电磁骚扰 表2 减少测试距离限值换算的结果
注：对于这种减少测试距离、限值换算的测试方式的准确度有不同的看法。一般在电波暗室不能满足10m测试距离时可用CDN测试法，此测试法为GB 17743-2007所允许。 以上测试根据检测单位告知是在全功率下进行的，全功率是该灯无线电骚扰最大状态。根据上述测试数据，5#灯具的电源端和控制端的传导骚扰电压及其辐射电磁骚扰，都达到国家标准GB 17743-2007的要求。检测单位提供了该灯测试合格的正式测试报告。 3.2.2 谐波电流测量 根据GB 17625.1-2003的要求应在最小功率和最大功率之间分为5个相等的级段，即在20%、40%、60%、80%和100%功率条件下测试各谐波分量，以下是5种情况下的测试数据，参见图15 ～图19。
图15 100%功率条件下测试各谐波分量
图16 80%功率条件下测试各谐波分量
图17 60%功率条件下测试各谐波分量
图18 40%功率条件下测试各谐波分量
图19 20%功率条件下测试各谐波分量 根据以上测试数据，5#灯具的谐波电流全部达到GB17625.1-2003的要求，在5种功率测试过程中11次谐波相对较大，但都在限值以下。且此灯电流波形畸变相对较小。参见图20。
图20 5#灯具的电流波形 3.3 3#灯具测试结果 3.3.1 无线电骚扰特性测量 灯具的电源端频率为9 kHz ～ 30 MHz范围内传导骚扰电压（准峰值）。参了图21。
图21 电源端频率为9 kHz ～30 MHz范围内传导骚扰电压（准峰值） 从以上数据表明3＃灯具在631.5 kHz和771 kHz处的骚扰电压超过了GB 17743-2007的限值。 3.3.2 谐波电流测量 该灯在满功率（50 W）的条件下进行了谐波测试，测试结果如表3。 表3 3#灯具在满功率（50 W）条件下谐波测试的结果
从表3 中可知绝大多数的谐波电流都超过了GB17625.1-2003的规定，表中的“Fail”即表示不合格。此外，该灯的功率因数特别低，只有0.455。 注： 该灯仅在满功率情况下测试， 未按G B17625.1-2003的要求在最小功率和最大功率之间分为5个相等的级段，即没有在20%、40%、60%、80%和100%功率条件下测试各谐波分量。 4 结论与建议 4.1 结论 LED灯具工作时会产生一定程度的无线电骚扰和谐波，但只要在灯具中配置电磁兼容性能优质的电源装置，电磁干扰可以控制在标准许可的范围内，符合相关标准的灯具不会影响演播室和舞台其他设备的正常工作。 4.2 建议 （1）电磁兼容的标准均属强制性标准，采购LED灯具时，应在电磁干扰方面严格把关，应要求供货方提供相关标准的测试合格报告。 （2）即使是符合相关标准的LED灯具工作时也会产生一定程度的3次谐波，绝对值虽不太大，但大量使用LED灯具时，应予以重视。谐波测试资料显示LED灯具的电流波形会有不同程度的畸变。在三相供电中，各相线中的3次谐波在电源的中性线中是不能互相抵消的，因此，演播室灯光供电线路的中性线的截面积不应过小，宜与相线截面积等同。 （3）在本次研究中，由于灯具委托不同的测试单位进行检测，导致测试的项目和方法不尽相同。如有的灯具未对控制端测试无线电骚扰值，在谐波测试中，有的灯具未按5个相等的级段测试。LED演艺灯具作为新型灯具，目前相关国家标准中检测规定尚不十分明确，建议尽快制定相关标准，明确对电磁干扰方面的质量指标要求。
摘 要：LED电视普通照明灯具通常采用脉冲宽度调制（PWM）技术实现LED的恒流供电和调光功能，因此会产生一定程度的无线电骚扰和谐波。本文通过对部分LED灯具的测试和研究，掌握LED灯具在使用中可能产生电磁干扰的相关数据，并提出相应的解决措施。
近年来，大功率LED照明技术快速发展，由于LED光源具有节能环保、寿命长等优点，符合“节能减排”、“低碳经济”的理念和世界发展的大趋势，因此，在各个照明领域都得到广泛的重视和应用。在舞台和影视照明方面，更由于LED灯具能应用色彩加法原理无光损地获得各种色彩、调光性能好、能瞬间启动等优点倍受青睐。
中央电视台在新台址的建设中希望其演播室能推广应用LED照明，特组织了各方面的专家，于2009年12月成立了《LED照明灯具在电视演播室应用研究》课题组，对LED灯具在演播室应用进行全方位的研究，为LED灯具在电视台演播室全面推广提供科学依据。笔者有幸参加了课题组，并承担了LED灯具对演播室电磁干扰方面的研究工作，本文是在该课题研究的基础上写成的。
1 原理和目的
LED光源是一种低压直流器件，因此，LED灯具需要有一个能将220 V交流电转换成符合LED工作要求低压直流的电源，但是舞台和影视用的灯具又需要具有调光功能，因此，其电源更为复杂。目前演播室用LED灯具配置的电源装置其主流模式是：
（1）前级采用普通脉冲宽度调制（PWM）的开关电源，作为低压直流电源，开关频率通常为几十千赫兹。
（2）后级再以斩波方式，进行低频脉冲宽度调制，用调节占空比的方式来调节灯具的亮度。这一部分电路通常为灯具厂自行开发，开关频率各厂差异较大。通常为数百赫兹到几十千赫兹不等。
在脉冲宽度调制的工作方式中，电源装置对电流的斩波会产生高次谐波，其对剧场和演播室中的音、视频系统和其他弱电系统产生无线电骚扰，可能影响其他设备的正常工作。此外，由于电源装置中的整流电路和电容滤波电路会使工频电流发生畸变，产生的低次谐波会对电网造成污染，影响其他电气设备运行。
因此，需要对LED灯具进行一系列的测试：按国标GB17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》进行测试，测量其无线电骚扰特性是否满足该标准的要求；按国标GB 17625.1-2003 《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）》进行测试，测试其谐波电流是否满足该标准的要求。
通过本课题的实验和研究，了解LED灯具在演播室使用中可能产生电磁干扰的相关数据，并提出相应的解决措施。
2 实验内容和方法
2.1 实验条件
本研究需要专业的各种电磁兼容测试设备，如电源分析仪、人工电源网络、传导测试接收机、辐射干扰接收机和三环天线等，有的测试还需要在电波暗室中进行，因此，必须委托经国家相关部门批准的专业检测机构进行检测。
2.2 试验用灯具
试验用灯具共有2类5个型号。每个型号1个灯具，共5个灯具。详见表1。
表1 试验用灯具类型和编号
2.3 实验内容
（1）按国标GB 17743-2007要求，找出调光过程中产生的最大骚扰点，测量该点的无线电骚扰值。
（2）按国标GB 17625.1-2003要求，将灯具在最小功率和最大功率之间分为5个相等的级段，测试各级段的谐波分量。
2.4 实验方法和步骤
先将待测的灯具老化100小时，待灯具的参数稳定之后，再送检。
2.4.1 无线电骚扰测试
2.4.1.1 传导骚扰电压测试
按国标GB 17743-2007的要求在灯具电源端和控制端进行测试。
（1）灯具电源端测试按以下5个频段进行：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） 灯具控制端测试按以下2个频段进行：150 kHz ～0.5 MHz；0.5 MHz ～ 30 MHz。
2.4.1.2 辐射电磁骚扰测试 按国标GB 17743-2007的要求进行测试。 按国标GB 17743-2007的要求进行测试。 （1）9 kHz ～ 30 MHz频率范围测试按以下4个频段进行：9 kHz ～ 70 kHz；70 kHz ～ 150 kHz；150 kHz ～3.0 MHz；3.0 MHz ～ 30 MHz。图1为其测试装置示意图。
图1 9 kHz ～ 30 MHz频率范围辐射电磁骚扰测试装置示意图 （2） 在电波暗室中，对30 MHz ～ 300 MHz频率范围测试按以下2个频段进行：30 MHz ～ 230 MHz；230 MHz～ 300 MHz。图2为30 MHz ～ 300 MHz频率范围辐射电磁骚扰测试装置示意图。
图2 30 MHz ～ 300 MHz频率范围辐射电磁骚扰测试装置示意图 以上测试的无线电骚扰特性限值见GB 17743-2007。 2.4.2 谐波测试 按国标GB 17625.1-2003中对C类设备以及内置调光器灯具的要求测试灯具的谐波分量，在最小功率和最大功率之间分为5个相等的级段，即在20%、40%、60%、80%和100%功率条件下测试各谐波分量，测试谐波次数n的范围为： n = 2、3、5、7、9以及11 ≤ n ≤ 39（仅有奇次谐波） 图3为谐波电流测试装置示意图。
图3 谐波电流测试装置示意图 以上测试的谐波电流发射限值见GB 17625.1-2003。 3 实验结果和分析 从本次研究的灯具样本1# ～ 5#中挑选了1#、3#和4#灯具送北京市家用电器质量监督检验站检测，但各个灯具的测试结果不同程度地超过了标准规定的限值，为此，灯具厂对灯具进行了技术改进，改进后的1#灯具重新送检，并通过了两项标准的测试。 5#和2#灯具分别送广州相关测试机构检测，均已通过两项标准的测试。 以下是对其中3个灯具的主要测试参数进行分析。 3.1 1#灯具测试结果 3.1.1 无线电骚扰特性测量 （1）传导骚扰电压测试 A. 灯具的电源端频率为9 kHz ～ 30 MHz范围内传导骚扰电压（准峰值）。参见图4。
图4 电源端9 kHz ～ 30 MHz范围内传导骚扰电压（准峰值）
下载文档
