LED灯具的电磁兼容测试与认证中的技术问题研究

杜国红　倪强　邹细勇

摘 要：随着LED灯具在各种行业以及领域的广泛应用，同时现在对电磁环境要求的日益提高，电磁兼容的问题越来越受到国际普遍关注，而电磁兼容（EMC）是影响照明产品可靠性的重要因素。电磁兼容的测试也被纳入各种LED灯具的认证中，只有通过此测试，才能获得相应的认证，得到保障。本文的研究主要是针对LED灯具的电磁兼容测试，以及在测试过程中出现的技术上的问题。首先对LED灯具的基本性能进行论述，简述LED灯具的相关认证，并且在认证过程中会出现什么样的技术问题。采用国家标准对LED灯具进行EMS的测试，并分析总结在测试过程中出现的问题，提出解决此问题的方案。

关键词：LED、灯具、EMS、认证

引言

随着对电磁环境要求也在日益提高，EMC作为光照产品可靠性的关键因素成为我们越来越关注的焦点。根据质量监督局对灯的质量专项抽查不合格率，就已经达到73.9%。而这些不合格因素中主要是电磁兼容（EMC）测试没有达标。针对LED灯具电磁兼容测试与认证中的技术问题，本文对电磁兼容及其标准分类以及各个主要国家的电磁兼容测试认证要求进行了介绍，关于LED灯具的相关认证以及认证中的技术问题如屏蔽、滤波、接地等也做了相应的研究，对测试结果进行分析并且提出优化方案。

1. 电磁兼容的概念

电磁兼容，Electromagnetic Compatibility，EMC，就是，是以电磁场理论为基础，包含电气、电子、通信、材料、结构等学科的边缘科学；也是一门研究在有限空间、时间和频率资源条件下，各种电气、电子设备或系统在同一电磁环境中可以互相兼容，而不致引起其性能下降的应用科学技术[1-3]。

电磁兼容的三要素电磁干扰三要素是电磁干扰源、电磁干扰耦合途径、电磁干扰敏感源，电磁兼容的设计和测试主要是围绕着电磁干扰三要素进行的。

电磁兼容测试电磁兼容（EMC）测试主要分为电磁干扰（EMI）测试和电磁抗扰性（EMS）测试。电磁干扰（EMI）测试主要是测试LED灯具发出的电磁干扰在一定的限值内，不能影响其他设备。电磁抗扰性（EMS）测试主要是测试LED灯具对电磁干扰现象的抗扰能力。

2.EMS测试及方案优化

2.1EMS测试

电感负载在断开/接通时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，就会在开关处产生一连串的脉冲群。这类脉冲群上升时间快，持续时间短，能量低但具有较高的重复频率。这种脉冲群会对线路中的半导体结电容单向充电，当结电容上的能量累计到一定程度，便会引起电路乃至设备的误动作[12-15]。

脉冲群干扰主要是以共模干扰干扰测试设备，在传递过程中主要是通过辐射和传导两种方式影响着测试设备。对LED灯具进行电快速瞬变脉冲群抗扰度测试，采用的是远方杭州光电信息有限公司的EMS61000-4A 智能型群脉冲发生器，如图1。

按照GB/17626.4进行测试，试验等级按照GB/T18595-2001《一般照明用设备电磁兼容抗扰度要求》，通过仪器设置试验电压500V。群脉冲发生器对驱动电源分别施加了共模干扰和差模干扰，并且分别施加2min的正负极脉冲群[16-18]。测试的施加的脉冲群如图2所示。

EMI滤波器对于传导干扰有很好的抑制作用，因此解决传导干扰的方法，就应该在EMI滤波器这个功能上进行改进，它能有效的抑制外界传导的差模干扰和共模干扰。

如图3中VEFT，CM和VEFT，DM是电快速瞬变脉冲分别等效到共模和差模的分量。；Lc为共模电感；Cd为差模滤波电容；Cy1，Cy2，Cy3为共模电容。

（1）共模回路分析：共模干扰源干扰电流输入 ：Zloop，CM为共模滤波器后缓电路的等效阻抗，耦合到负载RL上的共模信号干扰VCM为：

考虑到在数kHz频率以上，滤波电感阻抗相对较大，滤波电容阻抗相对较小，因而作出简化近似可看出，想要减小共模电压通过负载产生的，有效的措施是a.减小Ciso以增大ZCiso；b.增大Cy1和Cy2以减小ZCy1+Cy2；C.增加Lc和Le以增加ZLc+Ld。

（2）差模回路分析：差模干扰源输入Iin，DM参照共模回路的分析：Zloop，DM为差模滤波器后级电路的等效阻抗，耦合到负载RL上的DM干扰信号可表示为：

与共模传播相似，对于干扰电压上的负载，想要减小电压，有效办法是：a.减小Ciso以增大Zciso；b.增大Cd以减小Zcd；c.增加Ld以增加ZLd.

针对脉冲群的干扰，主要就是采取滤波以及吸收来进行抑制，滤波就利用EM滤波器，而吸收就利用铁氧体磁心。采用EMI滤波器可以有效的提高LED驱动电源的EMI和EMS部分。

2.2方案优化

一般的滤波电路对干扰的滤波效果是有限的，对于一些高频段的干扰就必须要提高滤波器的滤波效果，以便更好的滤除外界通过电源线输入的高频波段。

高性能EMI滤波器结构：EMI滤波器结构一般采用单级式结构，当较高的干扰电压进入电源线时会有较高的干扰进入设备，影响设备的正常工作。现采用双级式结构，内部含有两个单级式EMI滤波器，对抑制高频干扰的效果会更好。

滤波器件：利用铁氧体环体的性质，把一般采用电感和电容作为滤波元件换成铁氧体环以减弱线上耦合形成的传导干扰噪声信号。电容的作用抑制电源线上信号传输过程中会产生的差模噪声，当电源线滤波器置于辐射电磁场的空间内，将会因为场线耦合而在线上产生干扰噪声[19]，该新型传导 EMI 滤波器能够较好地抑制处于空间场干扰下的电源线传导电磁干扰噪声。

在常规的EMI滤波器的基础上，增加了铁氧体环L1、L2以及共模电容Cy4、Cy5，再增加了一级滤波器，变成了双极式滤波器。铁氧磁体L1/L2和共模电容组成一个L型滤波器，能有效吸收通过PE地线进到主电路的高频CM干扰信号，作为共模电感的补充，它能显著改善共模滤波器高频段的性能。磁体L1、L2和Cd、Cy4、Cy5组成了一个 型滤波器，能有效的滤除耦合到相线、零线上的高频差模干扰信号[20]。

2.3测试结果

采用双极式结构的滤波器，并且加入铁氧磁体和改变共模扼流圈的使用方式，使得电路EMI测试结果如图所示。

3.结束语

本文详细的阐述了LED灯具的电磁兼容测试与认证中的技术问题。根据认证过程中容易出现的不合格项目进行了原因的分析，并提出了常用的解决方法。总结如下：（1）论述了LED灯具的相关认证，并说明电磁兼容测试已纳入很多认证当中，并要求提高电磁兼容性能。（2）根据实际中认证的问题，总结出认证中比较容易出现不合格项目：辐射干扰和传导干扰，并对传导干扰进行详细的分析，提出整改方案。

参考文献

[1]余丽. LED 的发展及应用[J]. 数字技术与应用， 2010， 8： 039.

[2]张磊. 关于 LED 新发展的探讨[J]. 电子质量， 2011 （001）： 68-70.

[3]刘艾，廖晓惠. LED 灯具-未来节能灯具的发展方向[J]. 能源研究与管理， 2009 （4）： 64-67.

[4]李秋香. 发光二极管 （LED） 标准的对比 （续一）[J]. 光源与照明，2011 （2）：21-24.

[5]贾权利. LED 照明灯具国内认证标准及要求[J]. 认证技术. 2013 （10）：48-50.