近年來，大功率LED照明技術快速發(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”,、“低碳經濟”的理念和世界發(fā)展的大趨勢,，因此，在各個照明領域都得到廣泛的重視和應用,。在舞臺和影視照明方面,，更由于LED燈具能應用色彩加法原理無光損地獲得各種色彩、調光性能好,、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中希望其演播室能推廣應用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用研究》課題組,，對LED燈具在演播室應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依據,。筆者有幸參加了課題組,，并承擔了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：
?。?）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(jié)占空比的方式來調節(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(tǒng)和其他弱電系統(tǒng)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(fā)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(fā)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(yè)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(huán)天線等,，有的測試還需要在電波暗室中進行,，因此，必須委托經國家相關部門批準的專業(yè)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
?。?）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(wěn)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,。
?。?）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,。
?。?） 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。
?。?）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(fā)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(jiān)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(guī)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
?。?）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）
?。?）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(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。
3.1.2 諧波電流測量
根據GB 17625.1-2003的要求應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據,。
（1）在全功率的20%,，即24 W左右時,，測試數據見圖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據見圖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
根據以上測試數據,， 1 # 燈具的諧波電流達到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，應引起重視,。
圖10 1#燈具的電流波形
3.2 5#燈具測試結果
3.2.1 無線電騷擾特性測量
?。?）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11,。
圖11 燈具電源端頻率為9 kHz ～ 30 MHz范圍內傳導騷擾電壓（準峰值）
B. 燈具的控制端頻率為150 kHz ～ 30 MHz范圍內傳導騷擾電壓（準峰值）。參見圖12,。
圖12 燈具控制端頻率為150 kHz ～ 30 MHz范圍內傳導騷擾電壓（準峰值）
?。?） 輻射電磁騷擾測試
A. 燈具在頻率為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(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范圍內輻射電磁騷擾
B. 燈具在頻率為30 MHz ～ 300 MHz范圍內輻射電磁騷擾,。
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范圍內輻射電磁騷擾的實際測試距離為3 m,，根據國標GB 9254-2008 《信息技術設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果如圖14所示。
圖14 頻率為30 MHz ～ 300 MHz范圍內輻射電磁騷擾
表2 減少測試距離限值換算的結果
注：對于這種減少測試距離,、限值換算的測試方式的準確度有不同的看法,。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)。根據上述測試數據,，5#燈具的電源端和控制端的傳導騷擾電壓及其輻射電磁騷擾，都達到國家標準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GB 17625.1-2003的要求應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種情況下的測試數據,，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
根據以上測試數據,，5#燈具的諧波電流全部達到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范圍內傳導騷擾電壓（準峰值）,。參了圖21,。
圖21 電源端頻率為9 kHz ～30 MHz范圍內傳導騷擾電壓（準峰值）
從以上數據表明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,，測試結果如表3,。
表3 3#燈具在滿功率（50 W）條件下諧波測試的結果
從表3 中可知絕大多數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 結論與建議
4.1 結論
LED燈具工作時會產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)質的電源裝置,，電磁干擾可以控制在標準許可的范圍內，符合相關標準的燈具不會影響演播室和舞臺其他設備的正常工作,。
4.2 建議
?。?）電磁兼容的標準均屬強制性標準，采購LED燈具時,，應在電磁干擾方面嚴格把關,，應要求供貨方提供相關標準的測試合格報告。
?。?）即使是符合相關標準的LED燈具工作時也會產生一定程度的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過小,，宜與相線截面積等同,。
（3）在本次研究中,，由于燈具委托不同的測試單位進行檢測,，導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,，目前相關國家標準中檢測規(guī)定尚不十分明確,，建議盡快制定相關標準，明確對電磁干擾方面的質量指標要求,。