额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流分析

游剑文

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350012）

1 引言

中国LED产业起步于20世纪70年代，经过30多年的发展，LED产业已初步形成了较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了七个国家半导体照明工程产业化基地，促进了LED灯具行业飞速发展。

近年来，LED照明产品逐渐得到了人们的认可和接受，在商业照明、办公照明、家居照明灯和夜景工程等领域得到广泛应用，面对市场的巨大需求，LED灯具企业如同雨后春笋不断增加。但为了尽快抢占市场，企业往往更加重视产业规模的扩大，忽略产品技术创新研发，导致产品质量良莠不齐，如LED灯具谐波电流干扰严重，特别是大规模小功率LED灯具串联使用时，严重的谐波电流会导致一些无法挽回的危害。

目前，国内针对LED灯具谐波电流的最新版本强制性标准是GB17625.1-2012，该标准对额定功率大于25瓦的LED灯具规定了谐波电流限值，但对额定功率5至25瓦的LED灯具尚无限值要求。为了更加深入地了解额定功率5至25瓦的LED灯具潜在的谐波电流干扰隐患，参照IEC61000-3-2:2018的要求[1]，对在国内生产和销售的额定功率5至25瓦的LED灯具进行了一次较为全面的谐波电流检测，分析了当前额定功率5至25瓦的LED灯具的质量现况，确定风险来源和存在问题，并提出相关建议。

2 谐波电流要求

GB 17625.1-2012对额定功率5至25瓦的LED灯具尚无限值要求，但国际标准IEC61000-3-2:2018对额定功率5至25瓦的LED灯具已明确限值要求。要求额定功率5至25瓦的LED灯具应符合下述三项判定方法之一：

（1）谐波电流应符合表1要求。

表1 谐波电流限值

（2）用基波电流百分数表示的谐波电流应符合表2要求。

表2 基波电流百分数要求

当基波电源电压过零点作为参考0°时，输入电流波形应在60°或之前达到电流阈值，在65°之前出现峰值，在90°之前不能降低到电流阈值以下。电流阈值等于在测量窗口内出现的最高绝对峰值的5%，在包括该最高绝对峰值的周期之内确定相位角测量值。

（3）总谐波畸变率（THD）不超过70%，且用基波电流百分数表示的谐波电流应符合表3要求。

表3 基波电流百分数要求

只需满足以上一种判定方法，则符合要求。

3 不合格情况统计分析

本次共统计了80批次额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流测试结果，分别从规格、价格和平台三个方面进行详细分析。

（1）规格分析

表4 不同规格风险发生率

图1 规格分布统计

据表4和图1统计，各个功率区间的采样数量分布还是比较均匀，应该可以初步反应目前市场上额定功率5至25瓦的LED灯具的谐波电流风险发生率情况。据表4和图1可知，额定功率10至20瓦的LED灯具风险发生率最低，额定功率20至25瓦的LED灯具次之，而额定功率5至10瓦的LED灯具风险发生率最高，但总的来说风险发生率还是居高不下，依然存在较大风险，并不能排除个别厂商以次充好，企图鱼目混珠。由此可知，目前额定功率5至25瓦的LED灯具的质量存在一定问题，且趋向于多元化。

（2）价格分析

表5 不同价格风险发生率

图2 价格分布统计

据表5及图2统计，价格越低的额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流风险发生率越高。价格低于50元的额定功率5至25瓦的LED灯具风险发生率为93.1%，而价格高于50元的额定功率5至25瓦的LED灯具，风险发生率则相应减少到85%左右。在单个灯具利润被压缩时，企业往往倾向于控制元器件的采购成本，通过压低价格拼量的方式获得更大利润，但质量差的元器件会直接导致更加严重的谐波电流干扰，因此，额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流存在较大风险。

（3）平台分析

表6 不同平台风险发生率

图3 平台分布统计

据表6及图3统计，本次因采样时间较为紧张，采样时优先考虑LED灯具的功率和种类需求，限制了电商平台的多样性，导致各个电商平台采样数量存在一定差异，其中天猫商城居多，京东个体次之，少数京东自营，但也初步反应了一些问题。其中京东自营采样1批次，显示风险发生率为0%；京东个体采样23批次，风险发生率为87%；天猫商城采样56批次，风险发生率为89.3%。可知京东自营的额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流风险发生率最低，天猫商城谐波电流风险发生率最高，而京东个体采样的额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流风险发生率也显示居高不下。针对如此高的谐波电流风险发生率，急需各电商平台增强抽查力度，加强风险把控，加速推进国际接轨，增强平台竞争力。同时，需要企业自身引起足够重视，避免侥幸心理，做好相应的防范措施，提高产品质量和竞争力。

4 不合格原因分析

图4 某品牌样品输入电流电压波形

图4所示，某品牌额定功率5至25瓦的LED灯具样品输入电流电压波形畸变严重，总谐波畸变率超过70%，满足不了标准要求。

图5 某品牌样品谐波电流波形（整改前）

图5所示，奇次谐波电流干扰很大，严重超过标准限值要求。

图6 某样品的LED控制装置照片

图6所示，经过拆解分析，知该样品的LED控制装置未采取任何防护措施，电路只实现基本的功能，即只有整流纹波和变换电路。在前期设计的时候没有考虑潜在谐波电流干扰问题，未增加一些抑制和吸收谐波电流干扰的措施，从而导致谐波电流严重超标。

通常开关电源的工作频率都在几十至几百kHz，半导体器件的工作特性导致输入输出电流电压相位会产生滞后，且线路中的电流和电压变化率都很大，均可能产生很大的谐波电流干扰。

5 整改措施

针对交流输入电流产生严重的波形畸变，向电网注入大量高次谐波，造成电网波动的现象，常见的谐波抑制措施有：

（1）LED控制装置输入端增加功率因数校正电路（PFC电路），具体分为有源PFC和无源PFC。无源PFC采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小，提高功率因数，成本低，只是功率因数不是很高，通常为0.7～0.8之间，对于小功率的产品基本能够解决谐波电流超标问题。有源PFC通常采用Boost升压电路，由电感电容和控制芯片等组成，体积小，功率因数可提高到0.99以上，能够把谐波电流抑制得很低，但成本相对无源PFC高出许多。

（2）电容补偿器加电感线圈抑制谐波，即由电感和电容组成串联谐振回路，只是电感和电容需维持一定的比例，局限性比较大。

常用的解决方法是采用有源功率因数校正电路（PFC）或者无源校正电路。其中无源校正方式成本较低，但一致性较差；而有源PFC电路虽然成本相对较高，但效果明显，具体需要企业根据自身产品负载特性及成本等因素进行选择。

（3）小功率产品可直接在电源输入端串联一个小电阻，能一定程度降低电流瞬时值的峰值，满足谐波电流限值要求，且功率损耗在可接受范围之内，成本低，是一种不错的方法。

为了验证方案可行性，笔者在LED控制装置交流输入端串联电阻，经反复验证，最终在回路中串联了一个10欧姆电阻，整机效率可能有所降低，但基本可以忽略。施加措施之后，对样品再次进行测试，测试结果得到很大改善，能够满足新版标准IEC61000-3-2:2018限值要求，且电磁兼容其它性能也能得到一些改善[2]，测试结果如图7所示。

图7 某品牌样品谐波电流波形（整改后）

6 结语

针对当前额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流存在的问题，笔者给出如下三个建议：

（1）相关部门应当加强监管，已有大量资料表明额定功率5至25瓦的LED灯具存在许多安全隐患，目前我国在额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流方面尚无限值要求，大部分企业并未考虑额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流方面问题。为了保障消费者的安全，建议相关部门加速推动GB17625.1谐波电流标准更新，与国际标准同步，将额定功率5至25瓦的LED灯具纳入到强制标准范围，通过相关标准和认证体系来规范和完善额定功率5至25瓦的LED灯具生产和销售等环节[3][4]。

（2）相关企业应重视额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流干扰问题，不能因一味追求市场占有率，变相降低成本打价格战，应在产品不断推陈出新的同时，重视谐波电流可能带来无可估量的危害。

虽然目前GB17625.1-2012对额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流尚无限值要求，但是相关企业应充分认识到额定功率5至25瓦的LED灯具谐波电流方面的重要性及潜在危害发生可能引发的严重后果。积极跟踪国外技术发展和国外标准更新情况，密切关注发达国家对额定功率5至25瓦的LED灯具的研究动态和相关标准，在额定功率5至25瓦的LED灯具的性能和安全之间找到平衡点。

（3）消费者在购买和使用额定功率5至25瓦的LED灯具时，不应刻意比价，低廉的价格意味着该额定功率5至25瓦的LED灯具的制造成本较低，各方面性能难以保证，尽量选择市面上口碑较好的主流品牌，避免因追求外观独特、构造新奇，而选择一些三无产品。为了用电安全起见，切勿盲目追求灯光照明效果，不按照说明将大规模额定功率5至25瓦的LED灯具串联布置，导致中线电流过大，造成开关误动作，引起潜在的安全隐患。