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LED照明燈具的噪聲對策詳解

2012年02月21日 10:16 技術在線 作者:秩名 用戶評論(0

  修訂后的日本《電氣用品安全法》將從2012年7月開始施行。經過此次修訂,LED燈泡也成為了該法規的適用對象。在幾項限制標準中,尤其引人關注的是關于電磁噪聲強度的限制。目前市場上出現了與白熾燈泡和燈泡型熒光燈相比電磁噪聲較大的LED照明器具,隨著修訂版《電氣用品安全法》的施行,必須采取嚴格的噪聲對策。本文將根據LED照明的現狀,就LED照明的噪聲種類、測評方法以及對策事例進行分析。

  起源于東日本大地震的供電不足問題使得人們的節電意識迅速高漲,LED照明器具和采用LED背照燈的液晶電視等節能產品正逐漸成為市場主流。LED照明器具方面,燈泡型、螢光管型、吊燈以及吸頂燈等已經開始投入市場。

  其中LED燈泡方面,不僅是知名照明廠商,新涉足廠商的產品也開始在家居用品店以低價銷售,LED燈泡市場正在迅速擴大。

  與此同時,標準化及法規導入等旨在實現LED燈泡普及的環境也正在建立之中。此前,LED燈泡不在《電氣用品安全法》的適用對象之內。因此,有些LED照明產品的電磁噪聲較大。這樣一來,如果將路燈的燈具由汞燈換成LED燈泡,就會引起電視和收音機的接收障礙。

  白熾燈泡是內部沒有電源電路電阻性負載,因此不存在這類電磁噪聲問題。但換成LED燈泡后問題就凸現出來了。如果就這樣推進LED照明的普及,家中會出現多處噪聲源。

  因此在海外,LED照明器具與普通照明器具一樣,都要符合國際標準CISPR15(《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》),各國均出臺了基于該標準的限制規定。

  日本也將開始啟用這種限制規定。從2012年7月開始,LED燈泡將成為《電氣用品安全法》的適用對象。其中還包括關于噪聲強度的規定(預定噪聲端子電壓的頻帶為526.5kHz~30MHz、噪聲功率的頻帶為30MHz~300MHz)。

  無論《電氣用品安全法》是否施行,隨著LED照明市場的擴大,與其他電子產品之間相互干擾的問題也是無法避免的。

  LED燈泡的電磁噪聲源是其電源電路。由于LED燈泡的電源部在尺寸方面限制較為嚴格,因此需要用最少的元件實施電磁噪聲對策。尤其重要的是噪聲對策元件的選擇。因此,本文將以LED照明電源電路泄露的電磁噪聲種類及其測量方法、以及能有效抑制電磁噪聲的元件選擇方法為中心進行分析。

  噪聲電流有兩種模式

  一般情況下,EMC電磁兼容性:electro-magnetic compatibility)標準中定義了兩種電磁噪聲的測量,分別是輻射到空中的“輻射噪聲”和流經電源線的“傳導噪聲(噪聲端子電壓)”(圖1)。噪聲電流中同時存在“差?!焙汀肮材!眱煞N模式的噪聲成分。差模噪聲是在信號線和地線之間產生的噪聲。而共模噪聲在是大地與信號線和大地與地線之間產生的噪聲,信號線和地線與大地之間的噪聲類型相同,即具有相同的相位和相同的振幅。

  在LED燈泡中觀測到的電磁噪聲示例

  圖1:在LED燈泡中觀測到的電磁噪聲示例

  EMC規定中定義了輻射噪聲和傳導噪聲兩種電磁噪聲的測量,LED燈泡也不例外。有的LED燈泡產品的噪聲超過了CISPR15的規定值(準峰值:QP和平均值:AV)。

  輻射噪聲的主要成分是共模噪聲(圖2(a))。這是因為,該噪聲的電流環路面積要遠遠大于差模噪聲的電流環路面積。

  電磁噪聲存在兩種模式

  圖2:電磁噪聲存在兩種模式

  電磁噪聲有差模和共模兩種模式。輻射噪聲中主要是共模成分(a)。而傳導噪聲中,差模和共模兩種成分混合傳播的情況較多(b)

  而在傳導噪聲中能觀測到差模和共模兩種成分(圖2(b))。如果是傳導噪聲,需要在掌握噪聲成分特點的基礎上,根據其特點采取對策。首先來介紹一下抑制傳導噪聲的方法。

  區分電源的噪聲模式

  傳導噪聲的測量,一般利用V型人工電源網絡,針對電源線1(L1)和電源線2(L2)各自的電磁噪聲,測量準峰值*(QP值)和平均值(AV值,圖3(a))。利用V型人工電源網絡雖然能測量各電源線與大地之間的噪聲電壓,但由于差模噪聲和共模噪聲二者合在一起,分不清哪種噪聲模式是主體。

  利用V型和Δ型人工電源網絡測量

  圖3:利用V型和Δ型人工電源網絡測量

  在傳導噪聲的測量中,一般針對電源線1(L1)和電源線2(L2)各自的電磁噪聲,利用V型人工電源網絡測量準峰值和平均值(a)。在該測量中,差模噪聲和共模噪聲合在一起,難以分辨哪種噪聲模式是主體。而如果利用Δ型人工電源網絡,便于分辨噪聲模式的種類(b)。該電源網絡可根據噪聲模式(Sym:差模,ASym:共模)測量其頻率特性。

  *準峰值:對電磁噪聲等進行檢波時,用擴大了檢波器時間常數的檢波方式測量的值。是最大值和平均值之間的值。電磁噪聲的準峰值較大時,容易引起收音機接收障礙。與相同接收靈敏度的相關關系要比峰值強。

  但如果采用“Δ型人工電源網絡”便可判斷噪聲模式的種類(圖3(b))。該電路網可以測量傳導噪聲中各噪聲模式的頻率特性。

  這種頻率特性因產品類型而異。例如,LED燈泡、吊燈及大尺寸液晶電視之間的電磁噪聲頻率特性就有差別(圖4)。LED燈泡是以差模噪聲為主體,而LED吊燈是差模噪聲和共模噪聲混在一起。大尺寸液晶電視則以共模噪聲為主體。

  噪聲成分因產品而異

  圖4:噪聲成分因產品而異

  電子產品的種類變了,噪聲成分的構成也會變化。例如,LED燈泡主要是差模噪聲,LED吊燈中差模噪聲和共模噪聲混在一起(a,b)。而大尺寸液晶電視主要是共模噪聲(c)。

  那么,為何不同產品的傳導噪聲噪聲成分會有特定的傾向?通過用電磁場分析模擬來分析這種傾向,就知道原因所在了。

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( 發表人:電子大兵 )

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