演播室LED燈具電磁騷擾問題淺析

李駿

摘 要：通過分析電視演播室大規(guī)模使用LED燈具后電磁騷擾的產(chǎn)生和危害，對演播室LED燈光系統(tǒng)的建設(shè)工程設(shè)計給出防電磁騷擾的建議。

關(guān)鍵詞：LED；PWM；電磁騷擾；電視演播室

LED是英文Light Emitting Diode的縮寫，即發(fā)光二極管。它是在普通二極管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有著與二極管類似的結(jié)構(gòu)和特性。早期的LED多作為儀器儀表的指示燈使用，但隨著高亮度LED的研制成功，人們開始將其應(yīng)用于室外的顯示屏、交通信號燈、光電傳導(dǎo)系統(tǒng)等領(lǐng)域。LED在北京奧運會、上海世博會和廣州亞運會大放異彩后，高亮度LED燈具在國內(nèi)電視領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了極大的推動。目前國內(nèi)主流燈光展會上各設(shè)備廠商都將LED產(chǎn)品列為主導(dǎo)產(chǎn)品向用戶推介，各電視臺在新建和改建的演播室工程中也大量采用了LED燈具并獲得了不錯的效果。

1 LED燈具電磁騷擾的產(chǎn)生

LED光源是一種低壓直流器件。因此，LED燈具需要一個能將AC220V市電轉(zhuǎn)換為符合LED光源工作電壓要求的低壓直流電源。各類電視節(jié)目演播室安裝的LED燈具需要具備調(diào)光功能。因此，LED燈具的配套電源會比較復(fù)雜。

當前電視演播廳LED燈具配套電源裝置一般在前級采用普通脈沖寬度調(diào)制（PWM）的開關(guān)電源，實現(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換，作為低壓直流電源，開關(guān)頻率通常為幾十兆Hz。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。調(diào)光部分的電路通常為燈具廠家自行開發(fā)，各品牌的開關(guān)頻率差異較大，通常為數(shù)百赫茲到幾萬赫茲不等。

如圖1所示，220V交

流輸入電壓經(jīng)過整流（UR）濾波后變?yōu)槊}沖直流電壓，供給功率開關(guān)管作為功率電源。開關(guān)管的基極由脈寬調(diào)制器的脈沖驅(qū)動。脈寬調(diào)制器由基準電壓源、誤差放大器、PWM比較器和鋸齒波發(fā)生器組成。

功率開關(guān)轉(zhuǎn)換電路是開關(guān)電源的核心，開關(guān)功率管和高頻變壓器中電流、電壓值的高速變化構(gòu)成了電磁騷擾。脈沖幅值大，工作的頻帶寬，而且諧波含量高，對抑制電磁騷擾與提高開關(guān)電源的效率是一個很大的矛盾，因為頻率高、功率大，電磁輻射強度必然大。電磁騷擾按耦合通路來分可分為傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾兩種。

1.1 傳導(dǎo)騷擾

傳導(dǎo)騷擾是指通過電路（導(dǎo)電介質(zhì)）把開關(guān)電源上諧波騷擾信號耦合到電網(wǎng)中。在開關(guān)電源的整流和調(diào)光電路中，由于電力電子器件的開關(guān)特性具有很強的非線性，電路在運行時會產(chǎn)生頻率為基波頻率奇數(shù)倍的高次諧波。在許多應(yīng)用領(lǐng)域，傳導(dǎo)騷擾是許多開關(guān)電源與系統(tǒng)能否在應(yīng)用現(xiàn)場正?？煽窟\行的主要障礙之一。演播室大規(guī)模采用LED燈具后，每臺燈具都配備了各自的開關(guān)電源整流和調(diào)光電路。在這種情況下，燈光供配電系統(tǒng)的諧波傳導(dǎo)騷擾影響就需要在演播室設(shè)計時引起關(guān)注。

1.2 輻射騷擾

輻射騷擾一般是通過電磁感應(yīng)的形式在空間進行傳播的。開關(guān)電源中開關(guān)管周期性地工作在開關(guān)狀態(tài)時，為了提高開關(guān)電源的頻率，總想使開關(guān)元件的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間即開關(guān)轉(zhuǎn)換時間越短越好，采用MOSFET的開關(guān)轉(zhuǎn)換時間一般都在0.1μs以內(nèi)；采用四代IGBT，其開關(guān)轉(zhuǎn)換時間都在0.3μs以內(nèi)；采用BJT開關(guān)管，其開關(guān)轉(zhuǎn)換時間是2μs以內(nèi)。可以用近似的公式求出其開關(guān)時間t的等效最高頻率fmax為：

此式表明，雖然開關(guān)電源的工作頻率一般都在幾十兆Hz，這只是電路的基波頻率。但開關(guān)狀態(tài)的最高等效頻率卻能達到幾兆周的數(shù)量級，高次諧波分量在幾兆Hz以上的頻段。這就是開關(guān)電源產(chǎn)生高頻騷擾的重要原因。開關(guān)電源的高頻噪聲是以靜電和磁場的形式向外傳播。靜電騷擾來自電源中的高壓切換，電磁的噪聲起源于脈沖大電流。由于電流變化的速度 很大并與大地構(gòu)成環(huán)路時，產(chǎn)生磁場耦合就可以形成比較嚴重的電磁輻射騷擾源。所以，輻射騷擾就有可能對演播廳音響、視頻等電子設(shè)備的正常工作構(gòu)成一定的影響。

2 演播室設(shè)計和建設(shè)時對LED燈具電磁騷擾的應(yīng)對方法

LED燈具具有節(jié)能環(huán)保、壽命長、光效高、光色純正、響應(yīng)速度快、耐震動等特點，而這些正是大部分傳統(tǒng)光源的缺點。隨著LED燈具大規(guī)模進入電視演播室成為行業(yè)的趨勢時，我們有必要在演播室設(shè)計和建設(shè)時就重視LED燈具的電磁騷擾問題，并采取一些應(yīng)對措施。

第一，演播室燈光系統(tǒng)供配電設(shè)計時，為了防止傳導(dǎo)騷擾對視音頻、數(shù)據(jù)等系統(tǒng)及電網(wǎng)造成影響，對于集中設(shè)置了多種類型、規(guī)格的電視中心演播室燈光電源應(yīng)采用專門的燈光變壓器供電，變壓器的連接組別應(yīng)采用Dyn11。當然對于演播室數(shù)量較少或演播室總體規(guī)模較小的工程，可以與其他用電設(shè)備共用變壓器，但應(yīng)該做好電源隔離的措施，以保證對抗電磁騷擾要求高的設(shè)備的供電質(zhì)量。燈光控制系統(tǒng)屬于計算機類負荷，可由電視中心工藝供配電系統(tǒng)（視音頻等設(shè)備供電系統(tǒng)）供給。

第二，各相線中的奇數(shù)次諧波（三次諧波為主）在三相供電系統(tǒng)中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，應(yīng)采用與相線截面積等同的線徑為宜。

第三，電視臺購置演播室LED燈具時，應(yīng)要求生產(chǎn)廠家出具符合GB17625.1-2003《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）》和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》的檢測報告。GB17625.1-2003規(guī)定了設(shè)備諧波電流的限值標準，LED燈具產(chǎn)品必須滿足，這是一個強制性標準。國家認監(jiān)委2009年第28號公告《關(guān)于執(zhí)行GB17743-2007標準有關(guān)要求的公告》也已經(jīng)明確要求，裝有電子控制裝置的燈具產(chǎn)品必須強制性認證執(zhí)行GB17743-2007。在有條件的情況下，電視演播室燈光工程竣工驗收時，可以利用專業(yè)檢測設(shè)備對演播室燈光系統(tǒng)的電磁騷擾情況做一次檢測，作為驗收依據(jù)之一記入驗收報告留存。

第四，在缺乏專業(yè)檢測條件的情況下，建設(shè)單位人員可利用中短波收音機。在LED燈工作時，把收音機置于附近，收音頻率設(shè)定在中短波無電臺處這樣發(fā)出的噪音越低，被測燈具的電磁兼容性相對較好。

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