室內照明燈具電磁騷擾檢測結果分析

王慶民，張 靜，顏廷偉

（1.濟寧市質量計量檢驗檢測研究院，山東 濟寧 272000；2.山東理工職業(yè)學院，山東 濟寧 272000）

人類照明發(fā)展的歷史大體可分為火、油、電3個階段，代表性的照明手段為火把、煤油燈、電燈。19世紀末愛迪生發(fā)明了電燈，人類從此走進了電力照明的時代。電燈又先后經歷了白熾燈、日光燈、蒸汽燈以及現(xiàn)在使用最為廣泛的LED燈。LED是發(fā)光二極管，由P型半導體晶片、N型半導體晶片和雙異質結構成的有源層組成。有源層是發(fā)光區(qū)，其厚度為0.1～0.2μm。在正向偏壓作用下，LED中N區(qū)的電子向正方向擴散，進入有源層，P區(qū)的空穴向負方向擴散，進入有源層。進入有源層的電子和空穴由于異質結勢壘的作用，而被封閉在有源層內，形成粒子數(shù)反轉分布。這些在有源層內粒子數(shù)反轉分布的電子，經躍遷與空穴復合，將產生自發(fā)輻射光。LED燈由高亮度可發(fā)光二極管組成的照明燈，其顯著優(yōu)勢在于高效、節(jié)能、壽命長、環(huán)保等。LED燈被廣泛應用于通用照明、道路照明、景觀照明、指示顯示等領域。

LED光源是一種工作在低壓直流狀態(tài)下的元器件，而大多數(shù)生活工作場景使用的是220 V交流電，使用LED光源照明就需要將220 V交流電轉換成LED光源正常工作的低壓直流電。典型的LED電源電路包括前級PWM開關電路和后級各種濾波整流電路。PWM開關電路開關頻率通常在幾千赫茲，會產生高次諧波，是主要的電磁騷擾源之一。

2022年5月—6月，濟寧市市場監(jiān)督管理局組織開展了2022年度LED產品質量監(jiān)督抽查，共抽查了16家企業(yè)的25批次產品，按照《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》 （GB／T 17743—2017）檢測了騷擾電壓、輻射騷擾（9 kHz～30 MHz）、輻射騷擾（30～300 MHz）3個項目；按照《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（設備每相輸入電流≤16A）》（GB 17625.1—2012）檢測了諧波電流一個項目。

1 檢測內容和方法

1.1 檢測項目

電磁兼容（electromagnetic compatibility），通常用“EMC”表示。在GB／T 4365—2003標準中，對電磁兼容的定義為：設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力［1］。例如，當聽收音機時，如果剛好手機發(fā)出或接收信息，收音機喇叭會傳出刺啦刺啦的雜音，這就是收音機被手機的無線電輻射所干擾。對室內照明燈具進行電磁騷擾檢測的目的是判定燈具在正常工作時，其作為騷擾源所產生的騷擾對周圍設備是否產生影響，是否符合相關標準的要求。

騷擾電壓（電源端子）是用來測量騷擾源產生的騷擾信號沿電源線傳輸?shù)臋z測項目，通過將檢測獲得的騷擾電壓值與GB／T 17743中規(guī)定的騷擾電壓限值作比較，來判斷該照明燈具樣品的騷擾電壓檢測項目是否符合國家標準要求，依據(jù)GB／T 17743標準規(guī)定，騷擾電壓只進行9 kHz～30 MHz頻段的檢測。

輻射騷擾是用來測量騷擾源產生的騷擾信號通過空間輻射方式傳輸?shù)臋z測項目。針對一般照明產品，按照GB／T 17743的規(guī)定，需分別檢測9 kHz～30 MHz和30～300 MHz兩個頻段的輻射騷擾［2］。

諧波電流是用來測量經騷擾源輸出電流中含有的頻率為基波整數(shù)倍的總諧波電流，及各次諧波電流大小的檢測項目。因室內照明燈具的功率一般低于25 W，而GB 17625.1—2012標準未對低于25 W的LED燈具有明確的限值要求，因此，僅測量數(shù)據(jù)，不進行判定。

1.2 樣品說明

濟寧市市場監(jiān)督管理局相關負責人采取隨機抽查的形式，共抽查室內照明產品25批次，在濟寧各縣市區(qū)的燈具專營店或者超市商場燈具柜臺現(xiàn)場獲取，涉及品牌16個，包括合資、國產的知名品牌及一般品牌，最大程度保證樣品獲得的真實有效，同時也體現(xiàn)了濟寧地區(qū)室內照明燈具檢測結果的客觀準確。相關抽查手續(xù)完備，各環(huán)節(jié)閉環(huán)處理。

1.3 測量過程及結果

1）頻率范圍為9 kHz～30 MHz的電源端子騷擾電壓限值。依照GB／T 17743—2017規(guī)定，測試電源端子騷擾電壓的準峰值和平均值，如表1所示。

表1 電源端子騷擾電壓限值

檢測過程在屏蔽室內完成，所涉及的儀器設備包括EMI測量接收機、人工電源網絡及脈沖限幅器。試驗電源電壓220 V，頻率50 Hz。檢測連接圖如圖1所示，樣品的騷擾電壓測試按照檢測操作手冊要求進行，合格率如表2所示。

表2 電源端子騷擾電壓合格率

圖1 騷擾電壓檢測連接圖

2）頻率范圍為9 kHz～30 MHz的輻射騷擾限值。依照GB／T 17743—2017規(guī)定，使用直徑2 m的包含3個互相正交的環(huán)形天線系統(tǒng)，分別在3個相互正交的方向上測得照明燈具輻射騷擾場強的磁場分量，其電流準峰值限值如表3所示。

表3 9 kHz～30 MHz頻率范圍內的輻射騷擾限值

檢測過程在屏蔽室內完成，所涉及儀器設備包括EMI測量接收機、環(huán)形天線。試驗電源電壓220 V，頻率50 Hz。檢測連接圖如圖2所示，樣品的輻射騷擾測試按照檢測操作手冊要求進行，合格率如表4所示。

圖2 9 kHz～30 MHz輻射騷擾檢測連接圖

表4 9 kHz～30 MHz輻射騷擾合格率

3）頻率范圍為30～300 MHz的輻射騷擾限值。依照GB／T 17743—2017規(guī)定，使用CDN法測得的輻射騷擾場強的電場分量電壓準峰值限值如表5所示。

表5 30～300 MHz頻率范圍內的輻射騷擾限值

檢測過程在屏蔽室內完成，所涉及的儀器設備包括EMI測量接收機、CDN耦合去耦網絡、6 dB的固定衰減器。試驗電源電壓220 V，頻率50 Hz。檢測連接圖如圖3所示，樣品的輻射騷擾測試按照檢測操作手冊要求進行，合格率如表6所示。

圖3 30～300 MHz輻射騷擾檢測連接圖

表6 30～300 MHz輻射騷擾合格率

4）諧波電流的檢測。參考IEC61000-3-2：2018標準，C類額定功率≥5 W且≤25 W的照明設備諧波電流限值如表7所示。

表7 額定功率≥5 W且≤25 W照明設備的限值

檢測過程在屏蔽室內完成，所涉及的儀器設備包括諧波和閃爍分析測試儀和諧波測試專用電源。試驗電源電壓220 V，頻率50 Hz。檢測連接圖如圖4所示，樣品的輻射騷擾測試按照檢測操作手冊要求進行，合格率如表8所示。

表8 諧波電流限值合格率

圖4 諧波電流檢測連接圖

2 檢測結果分析

室內燈具的電磁騷擾抽查共進行了4個項目的檢測，其檢測結果不太理想，主要問題集中在電源端子的騷擾電壓不合格和諧波電流總諧波畸變率偏大等。

騷擾電壓和諧波電流都是通過導線傳播的，會對騷擾源周圍其他電氣設備的正常工作產生影響。諧波電流還會沿電線進入電網，降低電網的電力傳輸質量［3］。

由表2可知，LED讀寫臺燈的騷擾電壓合格率100%，而LED球泡燈的騷擾電壓合格率卻僅為36.8%，非常不理想。合格的LED球泡燈多為知名度較高的大廠生產，且騷擾電壓超過限值的頻率范圍非常相近，集中在150 kHz～10 MHz范圍內。LED球泡燈的騷擾電壓超標，以差模騷擾為主，同時存在共模騷擾（見圖5）。LED球泡燈價格較低，結構緊湊小巧，內部電路專門用于消除電磁騷擾的元件較少或者在產品設計時沒有考慮電磁兼容問題，導致LED球泡燈投入市場后，電磁騷擾現(xiàn)象多發(fā)。而LED讀寫臺燈，因配備了專門的電源控制器，在電磁兼容方面合格率較高。

圖5 騷擾電壓檢測結果圖

在諧波電流檢測項目上產品質量還有很大的提升空間，諧波電流問題同樣可以歸因于在燈具電源電路設計之初就未考慮電磁兼容問題，電路中缺乏電磁騷擾抑制或吸收元器件。適當增加共模電容電感和差模電容電感，增加功率因數(shù)補償電路［4］，能顯著降低或消除電磁騷擾帶來的危害，提升產品質量。

3 結論

濟寧市場監(jiān)督管理局年度燈具類監(jiān)督抽查，從電磁騷擾檢測結果上看，問題突出且具有一定的普遍性，在一定程度上反映了濟寧地區(qū)或者全國范圍內室內照明燈具的產品質量，消費者在購買照明類產品時，要檢查產品包裝上是否有國家的3C認證，建議購買通過國家認證的照明燈具。