高頻無極燈的EMI淺析

趙熠晨 唐雪瑾 張艷艷

（中國家用電器研究院 北京 100176）

高頻無極燈的EMI淺析

趙熠晨 唐雪瑾 張艷艷

（中國家用電器研究院 北京 100176）

本文介紹了高頻無極燈的構(gòu)造、工作原理以及與傳統(tǒng)光源相比存在的優(yōu)勢。根據(jù)高頻無極燈的工作原理，結(jié)合電氣照明和類似設(shè)備的無線電騷擾特性對其進(jìn)行了電磁兼容的EMI檢測及分析。

高頻無極燈；工作主頻；EMI檢測

在漫長的電力產(chǎn)生光源的發(fā)展歷程來看，光源的發(fā)展已走過三代，如今隨著科技的進(jìn)步，新的光源不斷推廣，其中無極燈為新興的第四代光源之一也逐漸被大家所關(guān)注，在市場上逐漸普及，并廣泛的應(yīng)用到人們的生活與工作當(dāng)中。人們在享受新光源給我們帶來的種種好處的同時卻往往忽略了它對我們的用電網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的EMI（電磁干擾）問題，本文就高頻無極燈在進(jìn)行EMI檢測時所遇到的問題進(jìn)行簡單分析。

1 高頻無極燈

1.1 高頻無極燈的簡介和產(chǎn)品優(yōu)勢

1.1.1 簡介

高頻無極燈是一種磁能燈，是綜合應(yīng)用光學(xué)、功率電子學(xué)、等離子體學(xué)、磁性材料學(xué)等理論開發(fā)出來的新一代照明產(chǎn)品，主要是由高頻發(fā)生器（圖1）、功率耦合器（圖2）和玻璃泡殼（圖3）三部分組成。

1.1.2 產(chǎn)品優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的光源相比，高頻無極燈具有以下優(yōu)勢：

（1）壽命長，理論壽命可達(dá)6萬小時以上；

（2）高效節(jié)能，高頻無極燈的功率因數(shù)高達(dá)98%，無功損耗大大減少；

（3）亮度高，高頻無極燈發(fā)光機(jī)理系真空環(huán)境下的惰性氣體放點(diǎn)，發(fā)光亮度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的氣體放電燈；

（4）無閃頻，有利于視力健康；

（5）啟動和再啟動性能優(yōu)越，無需預(yù)熱時間，可瞬間點(diǎn)亮；

（6）高顯色性，可用于各類場所。

1.2 高頻無極燈的發(fā)光原理

高頻無極燈之所能有如此多的優(yōu)點(diǎn)，是因為它的構(gòu)造及發(fā)光原理：高頻無極燈由高頻發(fā)生器、功率耦合器和玻璃泡殼三部分組成，在輸入一定范圍的電源電壓后，高頻發(fā)生器產(chǎn)生2.65MHz高頻恒電壓送給功率耦合器，通過電磁感應(yīng)原理將電能耦合到燈內(nèi)，使燈泡內(nèi)的惰性氣體受激勵，發(fā)生雪崩電離，形成等離子，等離子體受激原子返回基態(tài)時，輻射出紫外線，紫外線光子激發(fā)泡殼內(nèi)壁的熒光粉，由此產(chǎn)生可見光。在電源設(shè)計上，由于采用APFC電源控制技術(shù)和采

用IC技術(shù)，一方面使得電源的功率因數(shù)高達(dá)0.95以上；另一方面使得高頻發(fā)生器始終以高頻恒電壓點(diǎn)燈。所以，輸入的電源電壓在一定范圍內(nèi)波動時，其發(fā)光亮度均不變。

2 高頻無極燈EMI檢測與分析

然而高頻無極燈的高工作主頻除了帶來了以上的一系列優(yōu)點(diǎn)的同時也存在另一個無法避免而不可忽視的問題，電磁兼容的EMI（電磁干擾）問題。后文就針對某無極燈生產(chǎn)廠生產(chǎn)的高頻無極燈的EMI的檢測結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1 EMI檢測

電磁干擾（Electromagnetic Interference簡稱EMI），是指電磁波與電子元件作用后而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)，在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。

圖1 高頻發(fā)生器

圖2 功率耦合器

圖3 玻璃泡殼

圖4 150kHz～30MHz電源端子騷擾電壓的準(zhǔn)峰值波形圖

圖5 150kHz～30MHz電源端子騷擾電壓的平均值波形圖

圖6 30MHz～300MHz輻射電磁騷擾的波形圖

表1 電源端子騷擾電壓限值

表2 CDN法的共模端子電壓限值

2.2 高頻無極燈EMI檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

對于高頻無極燈的現(xiàn)行電磁干擾檢測標(biāo)準(zhǔn)，在我國是根據(jù)全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會頒布的GB 17743-2007《電氣照明和類似設(shè)備的無線電騷擾特性的限值和測試方法》進(jìn)行檢測，國際上的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為CISPR15 Edition 8.0 2013-05與EN 55015∶2013。

2.3 高頻無極燈EMI檢測的有關(guān)限值

高頻無極燈EMI檢測的有關(guān)限值詳見表1，表2。

2.4 高頻無極燈的EMI測試

2.4.1 電源端子騷擾電壓測試

圖4和圖5分別是此無極燈在150kHz～30MHz頻段內(nèi)的電源端子騷擾電壓的準(zhǔn)峰值和平均值波形，從中可以看到在2.65MHz頻點(diǎn)上有一個相當(dāng)突出的脈沖尖峰，此頻率正好是高頻無極燈的工作主頻。

2.4.2 輻射電磁騷擾測試

30MHz～300MHz頻率范圍內(nèi)輻射電磁騷擾，圖6就是我們用CDN替代法對此無極燈在30MHz～300MHz頻段上的輻射電磁騷擾進(jìn)行檢測后得到的騷擾波形圖。

從圖6中我們可以直觀地看到其輻射騷擾超出了國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17743-2007中此頻段輻射電

磁騷擾限值很多，并可以清楚地看到在整個頻段內(nèi)含有非常多的脈沖尖峰，這些脈沖尖峰的產(chǎn)生并不是此無極燈的個例，而是高頻無極燈產(chǎn)品中普遍存在的問題。

2.5 結(jié)果分析

針對高頻無極燈150kHz～30MHz電源端子騷擾電壓測試，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17743-2007中對無極燈的電源端子騷擾電壓在2.51MHz～3MHz頻段內(nèi)有一個特殊的放寬要求，在這段頻率范圍內(nèi)高頻無極燈的準(zhǔn)峰值限值為73dB(μV)和平均值限值為63dB（μV），而其他燈具的準(zhǔn)峰值限值為56dB(μV)和平均值限值為46dB（μV），相比其他燈具的限值足足高了17dB(μV)之多（詳見表1注釋c）。通過測試結(jié)果的波形可以分析出，之所以對無極燈產(chǎn)品有如此特殊的放寬要求，主要原因就是高頻無極燈工作主頻2.65MHz正好落在這個頻段之內(nèi)，作為功能的激勵源，沒有了它高頻無極燈就無法正常工作，可有了它又成了電磁干擾的發(fā)生源，所以只能在不影響此類產(chǎn)品使用和對電網(wǎng)影響不大的前提下做出一個妥協(xié)性的放寬要求。

30MHz～300MHz輻射電磁騷擾測試，我們隨機(jī)選取其中的幾個尖峰并記錄其產(chǎn)生頻點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：其頻率相減的差值幾乎都是2.65MHz（此類無極燈的工作主頻）的整數(shù)倍，充分說明這些高頻脈沖尖峰是高頻無極燈的電流的高次諧波分量所引起的。這種周期性尖脈沖電流更窄，會使直流脈動電壓起伏變大，使燈電流的波峰系數(shù)變大，除了對燈泡/管極為不利，也對我們的用電環(huán)境產(chǎn)生了潛在的影響和隱患，其中最為典型的例子就是2008年，我國深圳機(jī)場發(fā)生的“無極燈干擾航空導(dǎo)航系統(tǒng)”嚴(yán)重事故就是由于機(jī)場附近倉庫所使用的無極燈的EMI超標(biāo)問題所引發(fā)的。

3 結(jié)語

綜上所述，筆者認(rèn)為我們在推廣新光源時，除了考慮到它的使用價值外，更要關(guān)心它所存在的潛在風(fēng)險。盡管國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17743-2007對高頻無極燈產(chǎn)品已經(jīng)有著特殊的放寬要求，但是高頻無極燈的EMI問題仍然是困擾著眾多高頻無極燈生產(chǎn)廠家的一道難題。由于生產(chǎn)前沒有經(jīng)過參數(shù)計算、逆變器在設(shè)計過程中器件質(zhì)量參差不齊、PCB板布局欠缺合理性、PCB板空間限制及濾波電路設(shè)計不合理等問題都會導(dǎo)致高頻無極燈的EMI測試超標(biāo)，這些也是眾多無極燈生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計無極燈鎮(zhèn)流器時首先應(yīng)該考慮的部分。同時也希望有關(guān)部門對高頻無極燈的上市嚴(yán)格把關(guān)，監(jiān)管部門加大市場抽查力度，讓廣大人民在享受新光源帶來好處的同時也保證我們用電環(huán)境不受之影響。

[1] 丁萬霞. 高頻無極燈的應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)研究.《中國西部科技》, 2010年09月（下旬）第09卷第27期總第224期

[2] 譚忠良. 《無極燈高頻發(fā)生器的研究與設(shè)計》東北大學(xué). 2009年

[3] GB 17743-2007《電氣照明和類似設(shè)備的無線電騷擾特性的限值和測試方法》

[4] CISPR 15 Edition 8.0 2013-05. 《Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment》

Simple analysis of EMI for High Frequency Electrodeless Lamp

ZHAO Yichen TANG Xuejin ZHANG Yanyan
（China Household Electric Appliances Research Institute, Beijing 100176）

In this paper, the structure, working principle and the advantage compared with the traditional light source of High Frequency Electrodeless Lamp are introduced. According to the working principle of High Frequency Electrodeless Lamp, the electromagnetic radiation from it is tested and analyzed in combination with radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment.

High Frequency Electrodeless Lamp; The main working frequency; EMI test