LED灯具的电磁兼容测试与认证中的技术问题研究

LED灯具的电磁兼容测试与认证中的技术问题研究

尹美芬

广东省东莞市质量监督检测中心 广东东莞 523000

摘要：下文将LED灯具作为研究对象，针对电磁兼容、认证测试中存在的骚扰电压、辐射电磁骚扰等影响展开测试，分析存在的问题，提出整改策略，期待能够为LED灯具的优化设计提供参考。

关键词：LED；灯具；电磁兼容；测试；认证；技术问题

引 言

LED灯具的应用范围广，针对LED产品展开电磁兼容测试，是测试灯具质量的关键内容。因此，需要按照其质量认证要求和照明设备的测试规范展开测试，寻找问题，及时整改，提高LED灯具的生产质量。

一、LED灯具测试内容分析

本文选择带恒流电源的固定式LED灯具，按照电气照明设备的测试方法，对于电源端子骚扰电压、辐射电磁骚扰展开测试，分析测试结果并进行整改。

二、LED灯具电磁兼容测试技术问题分析

（一）骚扰电压问题

利用脉冲调制方式，因为电源发出电流斩波可能有高次谐波，因此会产生无限骚扰，不利于其他设备的运行，且灯具电源内还有整流电路及滤波电路，能够影响工频电流。当电流出现畸变时，随即低次谐波也会产生，对于系统运行产生干扰。对电源端子产生的干扰电压进行测试，需控制温度在（15-25）℃，湿度在（46-54）%kPa，接入AC 220V/50Hz电压通电预热达到稳定状态后在屏蔽室进行，根据照明设备电源端子骚扰电压的限值标准，频率介于0.009~0.05MHz时，准峰值限值为110dBμV；频率介于0.05~0.15MHz时，准峰值限值由90~80dBμV随频率的对数增加而线性递减；频率介于0.15~0.5MHz时，准峰值限值由66~56dBμV随频率的对数增加而线性递减；频率介于0.5~5.0MHz时，准峰值限值为56dBμV；频率介于5~30MHz时，准峰值限值为60dBμV。使用带峰值检波器，平均值检波器接收机测得的频谱曲线如图1所示：

图1 骚扰电压测试结果

通过上图测试曲线能够看出骚扰电压初测结果相对严重，特别是介于0.15~0.5MHz频段，最大骚扰值可能超过75dBμV，此LED灯具电源为恒流开关式电源，可能出现电源差模滤波不稳的问题，使其不符合标准。因此，应该采取控制措施对于差模干扰问题进行处理。在驱动电源的内部有高频干扰源，如果缆线过长或者电路板出现接地不良问题，也有可能出现上述情况，所以要解决这问题需要对电路板的走线和结构进行检查，找到原因，制定解决方案。

（二）辐射骚扰问题

对于LED灯具的辐射电磁骚扰（30~300MHz）测试，在3m法电波暗室进行，需要在天线垂直极化和水平极化上扫描，测试环境温度湿度和工作状态与骚扰电压项目保持一致，根据测试标准，频率范围介于30~230MHz时，准峰值限值为40dBμV，频率范围介于230~300MHz时，准峰值限值为47dBμV。以下是在垂直极化时天线塔在1-4m升降，每间隔1m转台360°旋转，利用峰值检波器测得结果的如图2所示：

图2 辐射电磁骚扰测试结果

通过上图可以看到辐射产生的骚扰场强，曲线包络程度高，特别是测试频段之内有窄带干扰问题，特定点位置干扰超标严重，所以判断存在接地问题。按照LED灯具结构布置情况，对于测试问题展开分析，可能是控制板问题，也有可能是外部引线问题将引线当作发射天线^[2]。

三、LED灯具电磁兼容测试技术问题解决措施

（一）骚扰电压问题解决

对于骚扰电压的问题进行整改，通过源头分析，利用等效电路辅助整改。电路如图3所示：

图3 骚扰电压等效电路图

EUT两根电源出现的传导骚扰主要是I_c1~I_c2电流在测试电阻方面产生压降问题导致，上述电流的产生原因是EUT工作环节出现共模电流（I_d）、差模电流（I_c），二者叠加。分析测试结果，总结启动电源位置差模过滤工作未能有效落实，此时，可在开关电源初级增设0.22μF电容。同时将电路板的次级走线向初级引入，之后借助1kpF电容，将其接地，如果产生高频干扰，那么就需将此电容拆除。之后梳理样机走线，保证输入线、输出线之间相互分离；高、低频信号线也需分开梳理；关注软开关在电源内部应用，保证印刷电路板的布线和电磁兼容的设计需求相符。再重新测试，结果显示，解决措施的应用，解决了差模干扰问题，也改善了超标频率点方面问题。

（二）辐射电磁骚扰问题解决

如果传输线、印刷线路板内部存在射频电流的流通，上述电流自发生电路端流出，其到达负载之后，还需要借助返回电路，向电流发生器当中流入，这样才可组成闭合回路，对应磁场就会产生，磁场出现以后还会产生辐射电场，二者之间交互作用能够促进射频能量传播，该原因也是辐射干扰的主因，就是通过“环天线”产生电磁辐射。对此，可通过控制环路的面积，对于电源开关辐射噪声进行控制。具体技术措施为，布置地线一条，使其处于截流导线的侧面，保持地线和截流导线相互靠近，形成小回路，以控制差模辐射、对外干扰多种问题；还可在同一平面上同时布置正、负载电流导体，让二者相互靠近，令印刷版背面作为恒定电位面，使地板感应镜像电流、相对磁场二者之间相互抵消。

根据测试结果，发现辐射产生的骚扰场强曲线的包络程度高，因此，还需将接地问题解决，控制整体包络水平能够不断降低。样机的金属外壳能够便于屏蔽的处理，可采取以下改造措施，利用黄绿接地线，连接金属外壳、电路板，还可将其接入附近螺丝钉柱，在不同金属架上固定开关电源板、频率100kHz电路板，并在金属架、金属外壳连接位置贴导电棉，提高密闭性能。通过上述措施的运用，重新测试获得的曲线状态有所改善，能够抑制窄带干扰问题，且水平极化测试结果优于垂直极化^[3]。

（三）测试过程整改总结

通过对于LED电源的电磁兼容的测试，根据认证标准，更新测试过程存在的技术问题，并且通过整改措施的运用，能够得出以下结论。第一，利用金属外壳或者利用存在导电涂层外壳的时候，应该关注屏蔽罩屏蔽结果；第二，选择就近接地的方式，大多数EMC问题都能通过接地方案解决；第三，为了解决发射干扰引线问题，可使用磁环、夹套磁珠等措施，对于干扰进行抑制；第四，开关电源滤波应加强，以免产生路径干扰问题；第五，使用循环电路，应该保证信号线、回路组成的环面积最小，这种情况下对外产生的辐射较小，因此受到外界对于电路整体产生的干扰也就越小。值得注意的是测试时更改内部布线、增加内部套管、增加锡箔纸、增加磁环等属于临时整改措施，要想通过认证并保持产品稳定性，务必确认批量生产的产品要与型式试验合格的样品一致，不要擅自更改布线方式、剥线长度、去除套管、去除磁环等，导致产品不符合标准要求而引起不必要的麻烦。

结束语

综上分析，针对LED灯具在电磁测试方面存在的技术问题展开分析，针对差异化设计理念，提出电路整改措施，并且对整改以后电路展开验证，结果显示效果相对较好。所以LED照明设备的制造或设计，都需要利用传统照明领域技术，根据性认证要求，找到存在的缺陷问题，从而制定整改方案，优化设计理念，让电磁线路的兼容设计成为可能，对于行业检测标准、技术规范充分利用，为LED照明行业发展奠定基础。

参考文献

[1]柯心妙.LED照明电磁兼容测试与标准[J].中国新技术新产品,2020(06):139-140.

[2]周震.照明设备电磁兼容测试方法研究[D].上海交通大学,2015.

[3]孔强强,宋庆军,张玉华.LED驱动电源的电磁兼容测试及整改[J].中国测试,2021,39(06):14-16+23.