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(diǎn),，符合“節(jié)能減排”、“低碳經(jīng)濟(jì)”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(yīng)用。在舞臺(tái)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(dòng)等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞。

　　中央電視臺(tái)在新臺(tái)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(duì)LED燈具在演播室應(yīng)用進(jìn)行全方位的研究,，為LED燈具在電視臺(tái)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(duì)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(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(tái)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(jí)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(jí)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(duì)電流的斬波會(huì)產(chǎn)生高次諧波，其對(duì)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(huì)使工頻電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生的低次諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染,，影響其他電氣設(shè)備運(yùn)行,。

　　因此，需要對(duì)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(hào)。每個(gè)型號(hào)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(hào)

　　2.3 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，測量該點(diǎn)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(gè)相等的級(jí)段,，測試各級(jí)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。

　?。?）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(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,。

　?。?）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(duì)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(duì)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(jí)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(duì)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(duì)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）

　?。?）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(duì)控制端的傳導(dǎo)騷擾電壓進(jìn)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(gè)相等的級(jí)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(shí)的測試數(shù)據(jù),。

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

圖8 在全功率的20%時(shí)的諧波電流     （2）除全功率的20%外，其他功率下諧波最大時(shí)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(shí),，雖有較大的偶次諧波，但GB 17625.1-2003對(duì)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）

　　（2） 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(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13是其中一個(gè)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(jìn)行測試,，本次頻率為30 MHz ～ 300MHz范圍內(nèi)輻射電磁騷擾的實(shí)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(shí),，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(shí)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(duì)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(shí)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(jìn)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(bào)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(gè)相等的級(jí)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(duì)較大，但都在限值以下,。且此燈電流波形畸變相對(duì)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(jìn)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(gè)相等的級(jí)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(shí)會(huì)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(huì)影響演播室和舞臺(tái)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(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),，采購LED燈具時(shí)，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(bào)告,。

　　（2）即使是符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)值雖不太大,，但大量

使用LED燈具時(shí)，應(yīng)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(jìn)行檢測，導(dǎo)致測試的項(xiàng)目和方法不盡相同,。如有的燈具未對(duì)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(gè)相等的級(jí)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(duì)電磁干擾方面的質(zhì)量指標(biāo)要求,。