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

　　中央電視臺在新臺址的建設(shè)中希望其演播室能推廣應(yīng)用LED照明，特組織了各方面的專家，于2009年12月成立了《LED照明燈具在電視演播室應(yīng)用研究》課題組，對LED燈具在演播室應(yīng)用進行全方位的研究，為LED燈具在電視臺演播室全面推廣提供科學(xué)依據(jù)。筆者有幸參加了課題組，并承擔(dān)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(chǔ)上寫成的。

　　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：

　?。?）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。

　?。?）后級再以斬波方式，進行低頻脈沖寬度調(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)備運行。

　　因此，需要對LED燈具進行一系列的測試：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(shù)據(jù)，并提出相應(yīng)的解決措施。

　　2 實驗內(nèi)容和方法

　　2.1 實驗條件

　　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、輻射干擾接收機和三環(huán)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(jīng)國家相關(guān)部門批準(zhǔn)的專業(yè)檢測機構(gòu)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(nèi)容

　?。?）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，測量該點的無線電騷擾值。

　?。?）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(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行測試。

　?。?）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(biāo)GB 17743-2007的要求進行測試。

　　按國標(biāo)GB 17743-2007的要求進行測試。

　?。?）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

　?。?） 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(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 實驗結(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)督檢驗站檢測，但各個燈具的測試結(jié)果不同程度地超過了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，為此，燈具廠對燈具進行了技術(shù)改進，改進后的1#燈具重新送檢，并通過了兩項標(biāo)準(zhǔn)的測試。

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

　　以下是對其中3個燈具的主要測試參數(shù)進行分析。

　　3.1  1#燈具測試結(jié)果

　　3.1.1 無線電騷擾特性測量

　?。?）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）

　?。?）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)為十六進制6C，最大值為FF）、無線電騷擾最大時的測試數(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)騷擾電壓進行測試。

　　3.1.2 諧波電流測量

　　根據(jù)GB 17625.1-2003的要求應(yīng)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，測試單位僅提供20%和其他情況下干擾最大時的測試數(shù)據(jù)。

　?。?）在全功率的20%，即24 W左右時，測試數(shù)據(jù)見圖8。

圖8 在全功率的20%時的諧波電流     （2）除全功率的20%外，其他功率下諧波最大時的測試數(shù)據(jù)見圖9。

圖9 除全功率的20%外，其他功率下諧波最大情況的諧波電流

　　根據(jù)以上測試數(shù)據(jù)， 1 # 燈具的諧波電流達(dá)到GB17625.1-2003的要求，在低功率（20%）時，雖有較大的偶次諧波，但GB 17625.1-2003對2次以外的偶次諧波無限定。

　　這也是造成電流波形畸變較大（見圖10）的原因，應(yīng)引起重視。

圖10 1#燈具的電流波形

　　3.2 5#燈具測試結(jié)果

　　3.2.1 無線電騷擾特性測量

　?。?）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11。

圖11 燈具電源端頻率為9 kHz ～ 30 MHz范圍內(nèi)傳導(dǎo)騷擾電壓（準(zhǔn)峰值）

　　B. 燈具的控制端頻率為150 kHz ～ 30 MHz范圍內(nèi)傳導(dǎo)騷擾電壓（準(zhǔn)峰值）。參見圖12。

圖12 燈具控制端頻率為150 kHz ～ 30 MHz范圍內(nèi)傳導(dǎo)騷擾電壓（準(zhǔn)峰值）

　?。?） 輻射電磁騷擾測試

　　A. 燈具在頻率為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13是其中一個環(huán)形天線測試的輻射電磁騷擾值。

圖13 頻率為9 kHz ～ 30 MHz范圍內(nèi)輻射電磁騷擾

　　B. 燈具在頻率為30 MHz ～ 300 MHz范圍內(nèi)輻射電磁騷擾。

　　由于電波暗室較小，無法按GB 17743-2007的測試要求在10 m距離進行測試，本次頻率為30 MHz ～ 300MHz范圍內(nèi)輻射電磁騷擾的實際測試距離為3 m，根據(jù)國標(biāo)GB 9254-2008 《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法》的10.8，如在不同測試距離測試時，可根據(jù)下列公式換算：

　　L2＝L1（d1/d2）。

　　L1——距離d1處規(guī)定的限值。

　　L2——距離d2時的新限值。

　　因此，將GB 17743-2007的限值換算成表2。天線垂直方向和水平方向的測試結(jié)果如圖14所示。

圖14 頻率為30 MHz ～ 300 MHz范圍內(nèi)輻射電磁騷擾

表2 減少測試距離限值換算的結(jié)果

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

　　以上測試根據(jù)檢測單位告知是在全功率下進行的，全功率是該燈無線電騷擾最大狀態(tài)。根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，5#燈具的電源端和控制端的傳導(dǎo)騷擾電壓及其輻射電磁騷擾，都達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)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(jù)GB 17625.1-2003的要求應(yīng)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，以下是5種情況下的測試數(shù)據(jù)，參見圖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(jù)以上測試數(shù)據(jù)，5#燈具的諧波電流全部達(dá)到GB17625.1-2003的要求，在5種功率測試過程中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。參見圖20。

圖20 5#燈具的電流波形

　　3.3 3#燈具測試結(jié)果

　　3.3.1 無線電騷擾特性測量

　　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）。參了圖21。

圖21 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）

　　從以上數(shù)據(jù)表明3＃燈具在631.5 kHz和771 kHz處的騷擾電壓超過了GB 17743-2007的限值。

　　3.3.2 諧波電流測量

　　該燈在滿功率（50 W）的條件下進行了諧波測試，測試結(jié)果如表3。

表3 3#燈具在滿功率（50 W）條件下諧波測試的結(jié)果

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

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

　　4 結(jié)論與建議

　　4.1 結(jié)論

　　LED燈具工作時會產(chǎn)生一定程度的無線電騷擾和諧波，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(biāo)準(zhǔn)許可的范圍內(nèi)，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的燈具不會影響演播室和舞臺其他設(shè)備的正常工作。

　　4.2 建議

　?。?）電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)均屬強制性標(biāo)準(zhǔn)，采購LED燈具時，應(yīng)在電磁干擾方面嚴(yán)格把關(guān)，應(yīng)要求供貨方提供相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的測試合格報告。

　?。?）即使是符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的LED燈具工作時也會產(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，應(yīng)予以重視。諧波測試資料顯示LED燈具的電流波形會有不同程度的畸變。在三相供電中，各相線中的3次諧波在電源的中性線中是不能互相抵消的，因此，演播室燈光供電線路的中性線的截面積不應(yīng)過小，宜與相線截面積等同。

　?。?）在本次研究中，由于燈具委托不同的測試單位進行檢測，導(dǎo)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線電騷擾值，在諧波測試中，有的燈具未按5個相等的級段測試。LED演藝燈具作為新型燈具，目前相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中檢測規(guī)定尚不十分明確，建議盡快制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，明確對電磁干擾方面的質(zhì)量指標(biāo)要求。