演播室LED燈具電磁騷擾問題淺析

李駿

摘 要：通過分析電視演播室大規模使用LED燈具后電磁騷擾的產生和危害，對演播室LED燈光系統的建設工程設計給出防電磁騷擾的建議。

關鍵詞：LED；PWM；電磁騷擾；電視演播室

LED是英文Light Emitting Diode的縮寫，即發光二極管。它是在普通二極管的基礎上發展起來的，有著與二極管類似的結構和特性。早期的LED多作為儀器儀表的指示燈使用，但隨著高亮度LED的研制成功，人們開始將其應用于室外的顯示屏、交通信號燈、光電傳導系統等領域。LED在北京奧運會、上海世博會和廣州亞運會大放異彩后，高亮度LED燈具在國內電視領域的應用也得到了極大的推動。目前國內主流燈光展會上各設備廠商都將LED產品列為主導產品向用戶推介，各電視臺在新建和改建的演播室工程中也大量采用了LED燈具并獲得了不錯的效果。

1 LED燈具電磁騷擾的產生

LED光源是一種低壓直流器件。因此，LED燈具需要一個能將AC220V市電轉換為符合LED光源工作電壓要求的低壓直流電源。各類電視節目演播室安裝的LED燈具需要具備調光功能。因此，LED燈具的配套電源會比較復雜。

當前電視演播廳LED燈具配套電源裝置一般在前級采用普通脈沖寬度調制（PWM）的開關電源，實現AC/DC轉換，作為低壓直流電源，開關頻率通常為幾十兆Hz。后級再以斬波方式，進行低頻脈沖寬度調制，用調節占空比的方式來調節燈具的亮度。調光部分的電路通常為燈具廠家自行開發，各品牌的開關頻率差異較大，通常為數百赫茲到幾萬赫茲不等。

如圖1所示，220V交

流輸入電壓經過整流（UR）濾波后變為脈沖直流電壓，供給功率開關管作為功率電源。開關管的基極由脈寬調制器的脈沖驅動。脈寬調制器由基準電壓源、誤差放大器、PWM比較器和鋸齒波發生器組成。

功率開關轉換電路是開關電源的核心，開關功率管和高頻變壓器中電流、電壓值的高速變化構成了電磁騷擾。脈沖幅值大，工作的頻帶寬，而且諧波含量高，對抑制電磁騷擾與提高開關電源的效率是一個很大的矛盾，因為頻率高、功率大，電磁輻射強度必然大。電磁騷擾按耦合通路來分可分為傳導騷擾和輻射騷擾兩種。

1.1 傳導騷擾

傳導騷擾是指通過電路（導電介質）把開關電源上諧波騷擾信號耦合到電網中。在開關電源的整流和調光電路中，由于電力電子器件的開關特性具有很強的非線性，電路在運行時會產生頻率為基波頻率奇數倍的高次諧波。在許多應用領域，傳導騷擾是許多開關電源與系統能否在應用現場正?？煽窟\行的主要障礙之一。演播室大規模采用LED燈具后，每臺燈具都配備了各自的開關電源整流和調光電路。在這種情況下，燈光供配電系統的諧波傳導騷擾影響就需要在演播室設計時引起關注。

1.2 輻射騷擾

輻射騷擾一般是通過電磁感應的形式在空間進行傳播的。開關電源中開關管周期性地工作在開關狀態時，為了提高開關電源的頻率，總想使開關元件的導通時間和關斷時間即開關轉換時間越短越好，采用MOSFET的開關轉換時間一般都在0.1μs以內；采用四代IGBT，其開關轉換時間都在0.3μs以內；采用BJT開關管，其開關轉換時間是2μs以內?？梢杂媒频墓角蟪銎溟_關時間t的等效最高頻率fmax為：

此式表明，雖然開關電源的工作頻率一般都在幾十兆Hz，這只是電路的基波頻率。但開關狀態的最高等效頻率卻能達到幾兆周的數量級，高次諧波分量在幾兆Hz以上的頻段。這就是開關電源產生高頻騷擾的重要原因。開關電源的高頻噪聲是以靜電和磁場的形式向外傳播。靜電騷擾來自電源中的高壓切換，電磁的噪聲起源于脈沖大電流。由于電流變化的速度 很大并與大地構成環路時，產生磁場耦合就可以形成比較嚴重的電磁輻射騷擾源。所以，輻射騷擾就有可能對演播廳音響、視頻等電子設備的正常工作構成一定的影響。

2 演播室設計和建設時對LED燈具電磁騷擾的應對方法

LED燈具具有節能環保、壽命長、光效高、光色純正、響應速度快、耐震動等特點，而這些正是大部分傳統光源的缺點。隨著LED燈具大規模進入電視演播室成為行業的趨勢時，我們有必要在演播室設計和建設時就重視LED燈具的電磁騷擾問題，并采取一些應對措施。

第一，演播室燈光系統供配電設計時，為了防止傳導騷擾對視音頻、數據等系統及電網造成影響，對于集中設置了多種類型、規格的電視中心演播室燈光電源應采用專門的燈光變壓器供電，變壓器的連接組別應采用Dyn11。當然對于演播室數量較少或演播室總體規模較小的工程，可以與其他用電設備共用變壓器，但應該做好電源隔離的措施，以保證對抗電磁騷擾要求高的設備的供電質量。燈光控制系統屬于計算機類負荷，可由電視中心工藝供配電系統（視音頻等設備供電系統）供給。

第二，各相線中的奇數次諧波（三次諧波為主）在三相供電系統中的中性線中是不能互相抵消的。因此，演播室燈光供電線路的中性線的截面積不應過小，應采用與相線截面積等同的線徑為宜。

第三，電視臺購置演播室LED燈具時，應要求生產廠家出具符合GB17625.1-2003《電磁兼容 限值 諧波電流發射限值（設備每相輸入電流≤16A）》和GB17743-2007《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》的檢測報告。GB17625.1-2003規定了設備諧波電流的限值標準，LED燈具產品必須滿足，這是一個強制性標準。國家認監委2009年第28號公告《關于執行GB17743-2007標準有關要求的公告》也已經明確要求，裝有電子控制裝置的燈具產品必須強制性認證執行GB17743-2007。在有條件的情況下，電視演播室燈光工程竣工驗收時，可以利用專業檢測設備對演播室燈光系統的電磁騷擾情況做一次檢測，作為驗收依據之一記入驗收報告留存。

第四，在缺乏專業檢測條件的情況下，建設單位人員可利用中短波收音機。在LED燈工作時，把收音機置于附近，收音頻率設定在中短波無電臺處這樣發出的噪音越低，被測燈具的電磁兼容性相對較好。

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