可调光LED 灯的噪声测量与控制

王晶晶



可调光LED 灯的噪声测量与控制

王晶晶

引言

随着LED照明应用市场的持续快速发展，LED照明应用范围的不断扩大也导致了人们对LED照明产品要求的不断提高。调光已不再仅仅只是为了达到节能的目标，而是更多地体现在人们对生活品质要求的逐步提升上。调光的最大优势是可以让人们实现按需照明，让人在家居生活中得到一个更舒适更和谐的照明环境，以减少不必要的浪费。目前，LED调光方式主要有三种：可控硅调光、线性调光、PWM（脉冲宽度调制）调光。在传统照明的可调光应用中，可控硅调光已经和白炽灯卤素灯结成了联盟 （普通的白炽灯和卤素灯通常采用可控硅来调光），占据了大部分的调光市场，如果LED照明产品想要取代传统照明产品，就需要与可控硅调光器兼容［1］。可控硅调光的优点在于工作效率较高，性能稳定。但是使用可控硅调光存在着一系列的问题，如降低了功率因素值、加大了谐波系数、产生严重的电磁干扰信号等［2］，在普通可控硅调光电路输出到LED的驱动电源时还会产生意想不到的问题，如音频噪声。

噪声的危害

噪声是发声体做无规则振动时发出的声音，从生理学上讲，凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们产生干扰的声音都属于噪声。工业噪声的危害已为人熟知，但居室、办公室、教室等环境的室内噪声危害尚未引起人们足够的重视［3］。随着生活水平的提高，各种家电普遍走进千家万户。电视机录音机所产生的噪音可达60～80dB，洗衣机为42～72 dB，电冰箱为34～50 dB。一般情况下，人耳可以感受到的声音频率在20Hz～20kHz之间，人耳对噪声大小的主观感觉如图1所示。1997年3月实施的中华人民共和国环境噪声污染防治法规定：居民区的环境噪声白天不能超过55 dB，夜间应低于45 dB，若超过这个标准，便会对人体产生危害［4］。随着LED调光产品在家居生活的大量应用和人们对生活品质要求的提高，调光LED灯的噪声问题引起了人们的注意。在调光的过程中，LED灯产生的噪声可能达到45dB（A）以上，这个噪声在寂静的夜晚就显得十分吵闹，影响人们的生活睡眠质量。

图1 人耳对噪声大小的主观感觉

LED 调光灯噪声的测试方法

本文中LED调光灯的噪声值用A计权声压级这个指标来进行考核，能源之星《ENERGYSTARProgram Requirements For Lamps and Luminaires Test Method——Noise》对可调光LED灯噪声的测试方法做出了如下建议：在消声室（或者半消声室）中进行测试，麦克风应放置在距离被测样品1m或者小于1m的位置，麦克风应以90°对着测试样品，分别采集样品的上、下、前、后、左、右六个位置的噪声。测试布置示意图如图2所示，调节调光器，记录下LED调光灯最小光输出和最大光输出时的噪声值［5］。根据能源之星《ENERGY STARProgram Requirements Product Specification for Lamps（Light Bulbs）》要求采集到的最大噪声值不大于24dB（A）［6］。

图2 可调光LED灯的噪声测试布置示意图

LED 调光灯产生噪声的原因

在传统照明的可调光应用中，可控硅调光已经和白炽灯卤素灯结成了联盟 （普通的白炽灯和卤素灯通常采用可控硅调光器来调光），占据了大部分的调光市场，如果LED球泡灯想要取代白炽灯，就需要与可控硅调光器兼容。由于可控硅调光的工作原理，会产生电流的振荡，电流的振荡会引起LED灯驱动电路中的噪声源振荡并产生噪声。在LED调光灯的驱动电源中，噪声源主要有变压器、电感和电容等电子元器件。LED灯在未加调光器的情况下，噪声很小，噪声频谱图 （麦克风到LED灯的测试距离为20cm）的分布情况见图3，噪声值为10.68dB（A）。加入可控硅调光器后，调光时最大的噪声频谱图分布如图4所示，噪声值为32.01dB（A）。从测试数据可以看出，加入调光器后，可调光LED灯的噪声值明显表大，由10.68dB（A）上升到了32.01dB（A）。

图3 不带调光器情况下的LED灯的噪声频谱图（噪声值为10.68dB（A））

图4 带调光器情况下的LED灯的噪声频谱图（噪声值为32.01dB（A））

噪声的控制

噪声是由振动所产生的，通过空气介质传播，然后由我们的耳朵鼓膜接收［7］。一般可以从噪音源，传播途径以及噪音的接受者三个方面来降低噪音［8］。对于可调光LED灯而言，减弱噪声的方法主要有两种：从声源处减弱或从传播途径处减小噪声。

1.从声源处减弱噪声

（1）对发声源变压器、电感进行含浸处理，从声源处减弱噪声

变压器及电感的噪音以磁芯振动为主，而磁芯振动通常是由磁伸缩和畸变，以及磁性的吸引力产生的。要降低变压器及电感的噪声，主要可以从降低磁芯的磁通密度或者通过浸凡立水来固定线圈及磁芯的方法来降低噪声［9］。通过试验测试，对变压器和电感进行含浸处理后，噪声值从32.01dB（A）降低到了20.77dB（A）。

图5 含浸处理后LED球泡灯的噪声频谱图 （噪声值为20.77dBA）

（2）更换电容，将陶瓷电容更换成薄膜电容

所有的绝缘材料在电场的压力下均会变形，这种电致伸缩效应与电场强度的平方成正比。有些绝缘介质还呈现压电效应，即与电场强度成正比的线性位移，压电效应通常是电容产生噪声的主要途径。 廉价的小陶瓷电容中的非线性绝缘材料通常含有大比例的钛酸钡，在正常工作温度下产生压电效应。因而，这些元件会比线性绝缘成份的电容产生更多的噪声［10］。

要确定陶瓷电容是否为主要噪声源，可以用不同绝缘体的电容来替换，薄膜电容是性价比不错的替代品。

通过试验测试，结果如图6所示，将陶瓷电容更换成薄膜电容后，噪声值从32.01dB（A）降低到了26.44dB（A）。

图6 更换电容后的噪声频谱图（噪声值为26.44 dB（A））

2.从传播途径处减小噪声

点胶或者灌胶可以固定噪声源，并影响噪音的传播途径，从而达到衰弱噪声的效果。样品在灌胶前后经过对比测试，可调光LED灯的噪声值由32.01 dB（A）降低到20.48 dB（A），如图7所示。

图7 灌胶后LED球泡灯的噪声频谱图 （噪声值为20.48 dB（A））

结语

随着现代社会的发展，噪声污染已经和水污染、大气污染并列成为世界范围的三大重要的环境问题。而随着可调光LED灯的广泛使用，噪音问题已经越来越突出。本文首先对可调光LED灯噪音的测试方法进行介绍，然后提出可调光LED灯产生噪音的主要原因，接着对噪声的控制提出了方法，并且通过实验测试结果表明了控制方法的有效性。

（作者单位：厦门市产品质量监督检验院）

［1］中山市浩明科技有限公司.可控硅对LED调光优劣势分析［DB/OL］.中国灯饰商贸网，2012-7-17

［2］佚名.可控硅调光的缺点和问题-基于直流电源和交流电源的LED调光技术详解［DB/OL］.电子发烧友网，2014-5-28

［3］吴铭权.室内噪声的危害与控制［J］.环境与健康杂志，2006，（02）：189-192

［4］杜秀清.家庭噪音对儿童健康的影响及对策［J］.健康大视野，2014，（11）：1015

［7］宋文举.噪音治理的问题及控制技术分析［J］.低碳世界，2015，（03）：6-7

［8］冀娜.噪声对人体的危害与防护控制技术［J］.中国卫生工程学，2008，（03）：182-184

［9］Fred&Lakes.LED驱动电源噪音与测试［DB/OL］.百度文库，2014-9-14

［10］PI AN24.开关电源音频噪声抑制技术［DB/OL］.百度文库，2013-3-17