高頻無極燈的EMI淺析

趙熠晨 唐雪瑾 張艷艷

（中國家用電器研究院 北京 100176）

高頻無極燈的EMI淺析

趙熠晨 唐雪瑾 張艷艷

（中國家用電器研究院 北京 100176）

本文介紹了高頻無極燈的構造、工作原理以及與傳統光源相比存在的優勢。根據高頻無極燈的工作原理，結合電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性對其進行了電磁兼容的EMI檢測及分析。

高頻無極燈；工作主頻；EMI檢測

在漫長的電力產生光源的發展歷程來看，光源的發展已走過三代，如今隨著科技的進步，新的光源不斷推廣，其中無極燈為新興的第四代光源之一也逐漸被大家所關注，在市場上逐漸普及，并廣泛的應用到人們的生活與工作當中。人們在享受新光源給我們帶來的種種好處的同時卻往往忽略了它對我們的用電網絡所產生的EMI（電磁干擾）問題，本文就高頻無極燈在進行EMI檢測時所遇到的問題進行簡單分析。

1 高頻無極燈

1.1 高頻無極燈的簡介和產品優勢

1.1.1 簡介

高頻無極燈是一種磁能燈，是綜合應用光學、功率電子學、等離子體學、磁性材料學等理論開發出來的新一代照明產品，主要是由高頻發生器（圖1）、功率耦合器（圖2）和玻璃泡殼（圖3）三部分組成。

1.1.2 產品優勢

與傳統的光源相比，高頻無極燈具有以下優勢：

（1）壽命長，理論壽命可達6萬小時以上；

（2）高效節能，高頻無極燈的功率因數高達98%，無功損耗大大減少；

（3）亮度高，高頻無極燈發光機理系真空環境下的惰性氣體放點，發光亮度遠高于傳統的氣體放電燈；

（4）無閃頻，有利于視力健康；

（5）啟動和再啟動性能優越，無需預熱時間，可瞬間點亮；

（6）高顯色性，可用于各類場所。

1.2 高頻無極燈的發光原理

高頻無極燈之所能有如此多的優點，是因為它的構造及發光原理：高頻無極燈由高頻發生器、功率耦合器和玻璃泡殼三部分組成，在輸入一定范圍的電源電壓后，高頻發生器產生2.65MHz高頻恒電壓送給功率耦合器，通過電磁感應原理將電能耦合到燈內，使燈泡內的惰性氣體受激勵，發生雪崩電離，形成等離子，等離子體受激原子返回基態時，輻射出紫外線，紫外線光子激發泡殼內壁的熒光粉，由此產生可見光。在電源設計上，由于采用APFC電源控制技術和采

用IC技術，一方面使得電源的功率因數高達0.95以上；另一方面使得高頻發生器始終以高頻恒電壓點燈。所以，輸入的電源電壓在一定范圍內波動時，其發光亮度均不變。

2 高頻無極燈EMI檢測與分析

然而高頻無極燈的高工作主頻除了帶來了以上的一系列優點的同時也存在另一個無法避免而不可忽視的問題，電磁兼容的EMI（電磁干擾）問題。后文就針對某無極燈生產廠生產的高頻無極燈的EMI的檢測結果進行分析。

2.1 EMI檢測

電磁干擾（Electromagnetic Interference簡稱EMI），是指電磁波與電子元件作用后而產生的干擾現象，有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(干擾)到另一個電網絡。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網絡，在高速PCB及系統設計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發射電磁波并影響其他系統或本系統內其他子系統的正常工作。

圖1 高頻發生器

圖2 功率耦合器

圖3 玻璃泡殼

圖4 150kHz～30MHz電源端子騷擾電壓的準峰值波形圖

圖5 150kHz～30MHz電源端子騷擾電壓的平均值波形圖

圖6 30MHz～300MHz輻射電磁騷擾的波形圖

表1 電源端子騷擾電壓限值

表2 CDN法的共模端子電壓限值

2.2 高頻無極燈EMI檢測的相關標準

對于高頻無極燈的現行電磁干擾檢測標準，在我國是根據全國無線電干擾標準化技術委員會頒布的GB 17743-2007《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測試方法》進行檢測，國際上的現行標準為CISPR15 Edition 8.0 2013-05與EN 55015∶2013。

2.3 高頻無極燈EMI檢測的有關限值

高頻無極燈EMI檢測的有關限值詳見表1，表2。

2.4 高頻無極燈的EMI測試

2.4.1 電源端子騷擾電壓測試

圖4和圖5分別是此無極燈在150kHz～30MHz頻段內的電源端子騷擾電壓的準峰值和平均值波形，從中可以看到在2.65MHz頻點上有一個相當突出的脈沖尖峰，此頻率正好是高頻無極燈的工作主頻。

2.4.2 輻射電磁騷擾測試

30MHz～300MHz頻率范圍內輻射電磁騷擾，圖6就是我們用CDN替代法對此無極燈在30MHz～300MHz頻段上的輻射電磁騷擾進行檢測后得到的騷擾波形圖。

從圖6中我們可以直觀地看到其輻射騷擾超出了國家標準GB 17743-2007中此頻段輻射電

磁騷擾限值很多，并可以清楚地看到在整個頻段內含有非常多的脈沖尖峰，這些脈沖尖峰的產生并不是此無極燈的個例，而是高頻無極燈產品中普遍存在的問題。

2.5 結果分析

針對高頻無極燈150kHz～30MHz電源端子騷擾電壓測試，國家標準GB 17743-2007中對無極燈的電源端子騷擾電壓在2.51MHz～3MHz頻段內有一個特殊的放寬要求，在這段頻率范圍內高頻無極燈的準峰值限值為73dB(μV)和平均值限值為63dB（μV），而其他燈具的準峰值限值為56dB(μV)和平均值限值為46dB（μV），相比其他燈具的限值足足高了17dB(μV)之多（詳見表1注釋c）。通過測試結果的波形可以分析出，之所以對無極燈產品有如此特殊的放寬要求，主要原因就是高頻無極燈工作主頻2.65MHz正好落在這個頻段之內，作為功能的激勵源，沒有了它高頻無極燈就無法正常工作，可有了它又成了電磁干擾的發生源，所以只能在不影響此類產品使用和對電網影響不大的前提下做出一個妥協性的放寬要求。

30MHz～300MHz輻射電磁騷擾測試，我們隨機選取其中的幾個尖峰并記錄其產生頻點，可以發現以下規律：其頻率相減的差值幾乎都是2.65MHz（此類無極燈的工作主頻）的整數倍，充分說明這些高頻脈沖尖峰是高頻無極燈的電流的高次諧波分量所引起的。這種周期性尖脈沖電流更窄，會使直流脈動電壓起伏變大，使燈電流的波峰系數變大，除了對燈泡/管極為不利，也對我們的用電環境產生了潛在的影響和隱患，其中最為典型的例子就是2008年，我國深圳機場發生的“無極燈干擾航空導航系統”嚴重事故就是由于機場附近倉庫所使用的無極燈的EMI超標問題所引發的。

3 結語

綜上所述，筆者認為我們在推廣新光源時，除了考慮到它的使用價值外，更要關心它所存在的潛在風險。盡管國家標準GB 17743-2007對高頻無極燈產品已經有著特殊的放寬要求，但是高頻無極燈的EMI問題仍然是困擾著眾多高頻無極燈生產廠家的一道難題。由于生產前沒有經過參數計算、逆變器在設計過程中器件質量參差不齊、PCB板布局欠缺合理性、PCB板空間限制及濾波電路設計不合理等問題都會導致高頻無極燈的EMI測試超標，這些也是眾多無極燈生產企業在設計無極燈鎮流器時首先應該考慮的部分。同時也希望有關部門對高頻無極燈的上市嚴格把關，監管部門加大市場抽查力度，讓廣大人民在享受新光源帶來好處的同時也保證我們用電環境不受之影響。

[1] 丁萬霞. 高頻無極燈的應用現狀與技術研究.《中國西部科技》, 2010年09月（下旬）第09卷第27期總第224期

[2] 譚忠良. 《無極燈高頻發生器的研究與設計》東北大學. 2009年

[3] GB 17743-2007《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測試方法》

[4] CISPR 15 Edition 8.0 2013-05. 《Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment》

Simple analysis of EMI for High Frequency Electrodeless Lamp

ZHAO Yichen TANG Xuejin ZHANG Yanyan
（China Household Electric Appliances Research Institute, Beijing 100176）

In this paper, the structure, working principle and the advantage compared with the traditional light source of High Frequency Electrodeless Lamp are introduced. According to the working principle of High Frequency Electrodeless Lamp, the electromagnetic radiation from it is tested and analyzed in combination with radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment.

High Frequency Electrodeless Lamp; The main working frequency; EMI test