高频无极灯的EMI浅析

赵熠晨 唐雪瑾 张艳艳

（中国家用电器研究院 北京 100176）

高频无极灯的EMI浅析

赵熠晨 唐雪瑾 张艳艳

（中国家用电器研究院 北京 100176）

本文介绍了高频无极灯的构造、工作原理以及与传统光源相比存在的优势。根据高频无极灯的工作原理，结合电气照明和类似设备的无线电骚扰特性对其进行了电磁兼容的EMI检测及分析。

高频无极灯；工作主频；EMI检测

在漫长的电力产生光源的发展历程来看，光源的发展已走过三代，如今随着科技的进步，新的光源不断推广，其中无极灯为新兴的第四代光源之一也逐渐被大家所关注，在市场上逐渐普及，并广泛的应用到人们的生活与工作当中。人们在享受新光源给我们带来的种种好处的同时却往往忽略了它对我们的用电网络所产生的EMI（电磁干扰）问题，本文就高频无极灯在进行EMI检测时所遇到的问题进行简单分析。

1 高频无极灯

1.1 高频无极灯的简介和产品优势

1.1.1 简介

高频无极灯是一种磁能灯，是综合应用光学、功率电子学、等离子体学、磁性材料学等理论开发出来的新一代照明产品，主要是由高频发生器（图1）、功率耦合器（图2）和玻璃泡壳（图3）三部分组成。

1.1.2 产品优势

与传统的光源相比，高频无极灯具有以下优势：

（1）寿命长，理论寿命可达6万小时以上；

（2）高效节能，高频无极灯的功率因数高达98%，无功损耗大大减少；

（3）亮度高，高频无极灯发光机理系真空环境下的惰性气体放点，发光亮度远高于传统的气体放电灯；

（4）无闪频，有利于视力健康；

（5）启动和再启动性能优越，无需预热时间，可瞬间点亮；

（6）高显色性，可用于各类场所。

1.2 高频无极灯的发光原理

高频无极灯之所能有如此多的优点，是因为它的构造及发光原理：高频无极灯由高频发生器、功率耦合器和玻璃泡壳三部分组成，在输入一定范围的电源电压后，高频发生器产生2.65MHz高频恒电压送给功率耦合器，通过电磁感应原理将电能耦合到灯内，使灯泡内的惰性气体受激励，发生雪崩电离，形成等离子，等离子体受激原子返回基态时，辐射出紫外线，紫外线光子激发泡壳内壁的荧光粉，由此产生可见光。在电源设计上，由于采用APFC电源控制技术和采

用IC技术，一方面使得电源的功率因数高达0.95以上；另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以，输入的电源电压在一定范围内波动时，其发光亮度均不变。

2 高频无极灯EMI检测与分析

然而高频无极灯的高工作主频除了带来了以上的一系列优点的同时也存在另一个无法避免而不可忽视的问题，电磁兼容的EMI（电磁干扰）问题。后文就针对某无极灯生产厂生产的高频无极灯的EMI的检测结果进行分析。

2.1 EMI检测

电磁干扰（Electromagnetic Interference简称EMI），是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络，在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

图1 高频发生器

图2 功率耦合器

图3 玻璃泡壳

图4 150kHz～30MHz电源端子骚扰电压的准峰值波形图

图5 150kHz～30MHz电源端子骚扰电压的平均值波形图

图6 30MHz～300MHz辐射电磁骚扰的波形图

表1 电源端子骚扰电压限值

表2 CDN法的共模端子电压限值

2.2 高频无极灯EMI检测的相关标准

对于高频无极灯的现行电磁干扰检测标准，在我国是根据全国无线电干扰标准化技术委员会颁布的GB 17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测试方法》进行检测，国际上的现行标准为CISPR15 Edition 8.0 2013-05与EN 55015∶2013。

2.3 高频无极灯EMI检测的有关限值

高频无极灯EMI检测的有关限值详见表1，表2。

2.4 高频无极灯的EMI测试

2.4.1 电源端子骚扰电压测试

图4和图5分别是此无极灯在150kHz～30MHz频段内的电源端子骚扰电压的准峰值和平均值波形，从中可以看到在2.65MHz频点上有一个相当突出的脉冲尖峰，此频率正好是高频无极灯的工作主频。

2.4.2 辐射电磁骚扰测试

30MHz～300MHz频率范围内辐射电磁骚扰，图6就是我们用CDN替代法对此无极灯在30MHz～300MHz频段上的辐射电磁骚扰进行检测后得到的骚扰波形图。

从图6中我们可以直观地看到其辐射骚扰超出了国家标准GB 17743-2007中此频段辐射电

磁骚扰限值很多，并可以清楚地看到在整个频段内含有非常多的脉冲尖峰，这些脉冲尖峰的产生并不是此无极灯的个例，而是高频无极灯产品中普遍存在的问题。

2.5 结果分析

针对高频无极灯150kHz～30MHz电源端子骚扰电压测试，国家标准GB 17743-2007中对无极灯的电源端子骚扰电压在2.51MHz～3MHz频段内有一个特殊的放宽要求，在这段频率范围内高频无极灯的准峰值限值为73dB(μV)和平均值限值为63dB（μV），而其他灯具的准峰值限值为56dB(μV)和平均值限值为46dB（μV），相比其他灯具的限值足足高了17dB(μV)之多（详见表1注释c）。通过测试结果的波形可以分析出，之所以对无极灯产品有如此特殊的放宽要求，主要原因就是高频无极灯工作主频2.65MHz正好落在这个频段之内，作为功能的激励源，没有了它高频无极灯就无法正常工作，可有了它又成了电磁干扰的发生源，所以只能在不影响此类产品使用和对电网影响不大的前提下做出一个妥协性的放宽要求。

30MHz～300MHz辐射电磁骚扰测试，我们随机选取其中的几个尖峰并记录其产生频点，可以发现以下规律：其频率相减的差值几乎都是2.65MHz（此类无极灯的工作主频）的整数倍，充分说明这些高频脉冲尖峰是高频无极灯的电流的高次谐波分量所引起的。这种周期性尖脉冲电流更窄，会使直流脉动电压起伏变大，使灯电流的波峰系数变大，除了对灯泡/管极为不利，也对我们的用电环境产生了潜在的影响和隐患，其中最为典型的例子就是2008年，我国深圳机场发生的“无极灯干扰航空导航系统”严重事故就是由于机场附近仓库所使用的无极灯的EMI超标问题所引发的。

3 结语

综上所述，笔者认为我们在推广新光源时，除了考虑到它的使用价值外，更要关心它所存在的潜在风险。尽管国家标准GB 17743-2007对高频无极灯产品已经有着特殊的放宽要求，但是高频无极灯的EMI问题仍然是困扰着众多高频无极灯生产厂家的一道难题。由于生产前没有经过参数计算、逆变器在设计过程中器件质量参差不齐、PCB板布局欠缺合理性、PCB板空间限制及滤波电路设计不合理等问题都会导致高频无极灯的EMI测试超标，这些也是众多无极灯生产企业在设计无极灯镇流器时首先应该考虑的部分。同时也希望有关部门对高频无极灯的上市严格把关，监管部门加大市场抽查力度，让广大人民在享受新光源带来好处的同时也保证我们用电环境不受之影响。

[1] 丁万霞. 高频无极灯的应用现状与技术研究.《中国西部科技》, 2010年09月（下旬）第09卷第27期总第224期

[2] 谭忠良. 《无极灯高频发生器的研究与设计》东北大学. 2009年

[3] GB 17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测试方法》

[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