額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流分析

游劍文

（福建省產品質量檢驗研究院，福建 福州 350012）

1 引言

中國LED產業起步于20世紀70年代，經過30多年的發展，LED產業已初步形成了較為完整的產業鏈。在“國家半導體照明工程”的推動下，形成了七個國家半導體照明工程產業化基地，促進了LED燈具行業飛速發展。

近年來，LED照明產品逐漸得到了人們的認可和接受，在商業照明、辦公照明、家居照明燈和夜景工程等領域得到廣泛應用，面對市場的巨大需求，LED燈具企業如同雨后春筍不斷增加。但為了盡快搶占市場，企業往往更加重視產業規模的擴大，忽略產品技術創新研發，導致產品質量良莠不齊，如LED燈具諧波電流干擾嚴重，特別是大規模小功率LED燈具串聯使用時，嚴重的諧波電流會導致一些無法挽回的危害。

目前，國內針對LED燈具諧波電流的最新版本強制性標準是GB17625.1-2012，該標準對額定功率大于25瓦的LED燈具規定了諧波電流限值，但對額定功率5至25瓦的LED燈具尚無限值要求。為了更加深入地了解額定功率5至25瓦的LED燈具潛在的諧波電流干擾隱患，參照IEC61000-3-2:2018的要求[1]，對在國內生產和銷售的額定功率5至25瓦的LED燈具進行了一次較為全面的諧波電流檢測，分析了當前額定功率5至25瓦的LED燈具的質量現況，確定風險來源和存在問題，并提出相關建議。

2 諧波電流要求

GB 17625.1-2012對額定功率5至25瓦的LED燈具尚無限值要求，但國際標準IEC61000-3-2:2018對額定功率5至25瓦的LED燈具已明確限值要求。要求額定功率5至25瓦的LED燈具應符合下述三項判定方法之一：

（1）諧波電流應符合表1要求。

表1 諧波電流限值

（2）用基波電流百分數表示的諧波電流應符合表2要求。

表2 基波電流百分數要求

當基波電源電壓過零點作為參考0°時，輸入電流波形應在60°或之前達到電流閾值，在65°之前出現峰值，在90°之前不能降低到電流閾值以下。電流閾值等于在測量窗口內出現的最高絕對峰值的5%，在包括該最高絕對峰值的周期之內確定相位角測量值。

（3）總諧波畸變率（THD）不超過70%，且用基波電流百分數表示的諧波電流應符合表3要求。

表3 基波電流百分數要求

只需滿足以上一種判定方法，則符合要求。

3 不合格情況統計分析

本次共統計了80批次額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流測試結果，分別從規格、價格和平臺三個方面進行詳細分析。

（1）規格分析

表4 不同規格風險發生率

圖1 規格分布統計

據表4和圖1統計，各個功率區間的采樣數量分布還是比較均勻，應該可以初步反應目前市場上額定功率5至25瓦的LED燈具的諧波電流風險發生率情況。據表4和圖1可知，額定功率10至20瓦的LED燈具風險發生率最低，額定功率20至25瓦的LED燈具次之，而額定功率5至10瓦的LED燈具風險發生率最高，但總的來說風險發生率還是居高不下，依然存在較大風險，并不能排除個別廠商以次充好，企圖魚目混珠。由此可知，目前額定功率5至25瓦的LED燈具的質量存在一定問題，且趨向于多元化。

（2）價格分析

表5 不同價格風險發生率

圖2 價格分布統計

據表5及圖2統計，價格越低的額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流風險發生率越高。價格低于50元的額定功率5至25瓦的LED燈具風險發生率為93.1%，而價格高于50元的額定功率5至25瓦的LED燈具，風險發生率則相應減少到85%左右。在單個燈具利潤被壓縮時，企業往往傾向于控制元器件的采購成本，通過壓低價格拼量的方式獲得更大利潤，但質量差的元器件會直接導致更加嚴重的諧波電流干擾，因此，額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流存在較大風險。

（3）平臺分析

表6 不同平臺風險發生率

圖3 平臺分布統計

據表6及圖3統計，本次因采樣時間較為緊張，采樣時優先考慮LED燈具的功率和種類需求，限制了電商平臺的多樣性，導致各個電商平臺采樣數量存在一定差異，其中天貓商城居多，京東個體次之，少數京東自營，但也初步反應了一些問題。其中京東自營采樣1批次，顯示風險發生率為0%；京東個體采樣23批次，風險發生率為87%；天貓商城采樣56批次，風險發生率為89.3%?？芍〇|自營的額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流風險發生率最低，天貓商城諧波電流風險發生率最高，而京東個體采樣的額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流風險發生率也顯示居高不下。針對如此高的諧波電流風險發生率，急需各電商平臺增強抽查力度，加強風險把控，加速推進國際接軌，增強平臺競爭力。同時，需要企業自身引起足夠重視，避免僥幸心理，做好相應的防范措施，提高產品質量和競爭力。

4 不合格原因分析

圖4 某品牌樣品輸入電流電壓波形

圖4所示，某品牌額定功率5至25瓦的LED燈具樣品輸入電流電壓波形畸變嚴重，總諧波畸變率超過70%，滿足不了標準要求。

圖5 某品牌樣品諧波電流波形（整改前）

圖5所示，奇次諧波電流干擾很大，嚴重超過標準限值要求。

圖6 某樣品的LED控制裝置照片

圖6所示，經過拆解分析，知該樣品的LED控制裝置未采取任何防護措施，電路只實現基本的功能，即只有整流紋波和變換電路。在前期設計的時候沒有考慮潛在諧波電流干擾問題，未增加一些抑制和吸收諧波電流干擾的措施，從而導致諧波電流嚴重超標。

通常開關電源的工作頻率都在幾十至幾百kHz，半導體器件的工作特性導致輸入輸出電流電壓相位會產生滯后，且線路中的電流和電壓變化率都很大，均可能產生很大的諧波電流干擾。

5 整改措施

針對交流輸入電流產生嚴重的波形畸變，向電網注入大量高次諧波，造成電網波動的現象，常見的諧波抑制措施有：

（1）LED控制裝置輸入端增加功率因數校正電路（PFC電路），具體分為有源PFC和無源PFC。無源PFC采用電感補償方法使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小，提高功率因數，成本低，只是功率因數不是很高，通常為0.7～0.8之間，對于小功率的產品基本能夠解決諧波電流超標問題。有源PFC通常采用Boost升壓電路，由電感電容和控制芯片等組成，體積小，功率因數可提高到0.99以上，能夠把諧波電流抑制得很低，但成本相對無源PFC高出許多。

（2）電容補償器加電感線圈抑制諧波，即由電感和電容組成串聯諧振回路，只是電感和電容需維持一定的比例，局限性比較大。

常用的解決方法是采用有源功率因數校正電路（PFC）或者無源校正電路。其中無源校正方式成本較低，但一致性較差；而有源PFC電路雖然成本相對較高，但效果明顯，具體需要企業根據自身產品負載特性及成本等因素進行選擇。

（3）小功率產品可直接在電源輸入端串聯一個小電阻，能一定程度降低電流瞬時值的峰值，滿足諧波電流限值要求，且功率損耗在可接受范圍之內，成本低，是一種不錯的方法。

為了驗證方案可行性，筆者在LED控制裝置交流輸入端串聯電阻，經反復驗證，最終在回路中串聯了一個10歐姆電阻，整機效率可能有所降低，但基本可以忽略。施加措施之后，對樣品再次進行測試，測試結果得到很大改善，能夠滿足新版標準IEC61000-3-2:2018限值要求，且電磁兼容其它性能也能得到一些改善[2]，測試結果如圖7所示。

圖7 某品牌樣品諧波電流波形（整改后）

6 結語

針對當前額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流存在的問題，筆者給出如下三個建議：

（1）相關部門應當加強監管，已有大量資料表明額定功率5至25瓦的LED燈具存在許多安全隱患，目前我國在額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流方面尚無限值要求，大部分企業并未考慮額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流方面問題。為了保障消費者的安全，建議相關部門加速推動GB17625.1諧波電流標準更新，與國際標準同步，將額定功率5至25瓦的LED燈具納入到強制標準范圍，通過相關標準和認證體系來規范和完善額定功率5至25瓦的LED燈具生產和銷售等環節[3][4]。

（2）相關企業應重視額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流干擾問題，不能因一味追求市場占有率，變相降低成本打價格戰，應在產品不斷推陳出新的同時，重視諧波電流可能帶來無可估量的危害。

雖然目前GB17625.1-2012對額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流尚無限值要求，但是相關企業應充分認識到額定功率5至25瓦的LED燈具諧波電流方面的重要性及潛在危害發生可能引發的嚴重后果。積極跟蹤國外技術發展和國外標準更新情況，密切關注發達國家對額定功率5至25瓦的LED燈具的研究動態和相關標準，在額定功率5至25瓦的LED燈具的性能和安全之間找到平衡點。

（3）消費者在購買和使用額定功率5至25瓦的LED燈具時，不應刻意比價，低廉的價格意味著該額定功率5至25瓦的LED燈具的制造成本較低，各方面性能難以保證，盡量選擇市面上口碑較好的主流品牌，避免因追求外觀獨特、構造新奇，而選擇一些三無產品。為了用電安全起見，切勿盲目追求燈光照明效果，不按照說明將大規模額定功率5至25瓦的LED燈具串聯布置，導致中線電流過大，造成開關誤動作，引起潛在的安全隱患。