LED照明產品的電磁兼容（EMC）問題及測試

06-22

LED憑藉自身高光效、長壽命、節能環保等顯著優勢在照明行業中漸漸確立了龍頭地位，如室內、室外照明等眾多領域。伴隨國家各類扶植政策的出台，國內湧現出大批LED照明產品製造廠商，但是LED照明產品質量良莠不齊，在一定程度上影響了LED照明產品的推廣。根據市場質檢專項抽查，LED照明產品不合格率達到73.9%，其中不合格項主要集中在諧波電流、浪涌衝擊、騷擾電壓等電磁兼容測試項目。電磁兼容性（EMC）是影響LED照明產品可靠性的重要因素。

1、EMC測試標準

目前國際上尚無針對LED照明產品專用的EMC標準，目前的作法是根據LED照明產品應用的領域，參考執行相關標準。如車用LED照明產品應參照CISPR25《用於保護車輛接收機的無線電騷擾特性的限值和測量方法》、ISO7637-2《道路車輛由傳導和耦合引起的電騷擾沿電源線的瞬態傳導》和ISO11452《道路車輛用窄帶發射的電磁能量進行電磁干擾部件試驗方法》等標準執行EMC測試，這部分內容本文不作討論。本文探討的重點是一般用途LED照明產品（除車用照明、航空照明、影印機等專用LED照明設備）的EMC測試標準，具體如下表所示。

2、EMC測試項目

LED照明產品的EMC測試項目目前可以分為電磁干擾（EMI）和電磁敏感度（EMS）。EMI（Electromagnetic Interference）即電磁干擾測試，是測試LED照明產品產生的可能引起其它事物（包括設備、系統、人及動植物）性能降低或產生損害的電磁騷擾。EMS（Electromagnetic Susceptibility)即電磁敏感性（抗擾度）測試，是測試LED照明產品對電磁騷擾如雷擊、ESD靜電抗擊測試和振鈴波等抗擾能力。

LED照明產品的EMC測試項目

上表列舉了LED照明產品的EMC測試項目、包括主要測試內容、主要測試設備、測試環境。以下將著重討論EMI電磁干擾、靜電放電、浪涌衝擊這三方面測試內容。

2.1、EMI測試

電磁干擾EMI(Electromagnetic Interference)，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路上的信號耦合（干擾）到另一個電網路。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合（干擾）到另一個電網路。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，能發射電磁波並影響其他系統或本系統內其他子系統的正常工作。眾所周知，EMC的測試目標是電子電器設備，而照明設備作為其中重要的一塊，自然也有相應的約束。如美國的FCC認證，歐盟的CE認證等都對LED照明設備提出了相關的測試項目。當談論到電磁干擾時，一般來講有兩種干擾源；一種是傳導干擾，主要是電子設備產生的干擾信號通過導電介質或公共電源線互相產生干擾，LED燈具的FCC認證傳導干擾掃瞄測試頻率從0.15MHz開始至30MHz結束，CE認證中的傳導干擾掃瞄測試頻率從9KHz開始至30MHz結束。另外一種干擾是輻射干擾，主要是指電子設備產生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網路或電子設備，LED燈具的FCC認證空間輻射干擾掃瞄測試頻率從30MHz開始至1GHz結束，CE認證中的空間輻射干擾掃瞄測試頻率從30KHz開始至300MHz結束。

在照明行業中，在測試9KHz-30MHz波段的EMI中有兩種方法，一種是採用Antenna（天線）和EMI接收機，其依據標準是CISPR15，EN55015，GB17743。對於照明燈具可能產生的低頻磁場設備，需要採用CISPR16-1-4規定的三環天線測量其低頻磁場輻射騷擾。主要是由三環天線和EMI接收機進行測試，測試時需在屏蔽室室內進行。註：三環天線將X方向，Y方向和Z方向低頻磁場分量轉化為RF信號，並通過同軸開關三個通道輸送到EMI接收機進行測量；另外一種是採用LISN測試方法，測試時需要由EMI接收機+人工電源網路+LISN和測試軟體進行。傳導騷擾測試系統用於測量燈和燈具照明設備在正常工作狀態下電源埠產生的騷擾，LISN實現RF信號的隔離，採樣，阻抗匹配，並為EUT提供電通道，EMI接收機對RF信號進行測量，並最終由EMI測試軟體進行分析，處理和判限。測試時需在屏蔽室進行。

與此同時，在9KHz-300MHz波段的EMI測試中採用的是CDN法。在CISPR15，EN55015和GB17743標準中還提供另外一種照明設備的輻射電場騷擾測試方法，即CDN共模端子電壓法。採用CDN法，主要包括EMI接收機，CDN和衰減器。測試時可以在屏蔽室內進行。

根據相關基礎標準如CISPR16，力汕研發生產了兩款EMI測試設備，而針對傳統及新型照明行業標準，兩款設備的掃描頻率各不同，EMI-9KB EMI掃描頻率為9KHz~300MHz，適合LED及傳統照明設備的檢測；EMI-9KA EMI掃描頻率為9KHz~30MHz則主要適合傳統照明設備的檢測。而判定被測物是否符合標準，我們引用了峰值，准峰值和平均值三個值來判定，考慮到不同標準的差異，軟體可直接調用GB17743、FCC、EN55015、GB4343等判定標準。

2.2、靜電放電

LED屬於半導體器件，在LED製造、裝配、運輸、存儲、使用各階段中，生產設備、材料、和操作者都可能給LED帶來靜電損失，導致LED過早出現漏電流增大、光衰加重，甚至「死燈」現象。靜電放電對LED的電光參數包括反向漏電流、正向I-V特性、光通量均會造成一定程度的劣化。靜電放電是影響LED及LED照明產品可靠性的重要因素之一。

LED是LED照明產品的關鍵材料。對於LED的靜電放電抗擾度測試，應遵循相關國際標準如美國國家標準ANSI/ESD STM5.1、ANSI/ESD STM5.2，國際電子電工協會標準JESD22-A114D、JESD22-A115-A，美國軍方標準MIL-STD-883等。上海力汕電子科技研發的的ESD61000-2靜電放電發生器專門針對LED靜電敏感等級判定要求及特點而設計，採用機器模式（MM）及人體模式（HBM）靜電放電試驗，靜電放電電壓最高可達30KV；LED電壓、電流測量準確度可達0.2%；LED正向電壓解析度1mV；反向漏電流解析度0.01μA。對於LED照明產品而言，其整體的靜電放電抗擾度測試須按照GB/T 17626.2/IEC61000-4-2進行。接觸放電是首選的測試方法，對LED照明產品機殼上每個可觸及的金屬部件（不包括接線端）進行20次連續放電，正負極性各10次。在無法進行接觸放電的部位可使用空氣放電。間接放電應根據GB/T17626.2的規定施加於水平或垂直耦合板上。為確保測試結果的重複性和一致性，靜電放電試驗必須按照GB/T17626.2第7章節內容規範布置。ESD61000-2靜電放電發生器校準數據如下：

校準數據：

2.3、浪涌衝擊

雷擊是很普遍的氣候現象，據統計，全世界有4萬多個雷暴中心，每天有8百萬次雷擊，這意味著每秒鐘有100次左右的雷擊發生。雷電擊中附近地面或鄰近物體，在其周圍產生強大的電磁場，線路上會感應高電壓、大電流。另外一方面，在電力系統中浪涌也是一種非常普遍的現象。如主電源系統切換、設備接地網或接地系統間的短路和飛弧故障等等。

LED照明產品尤其是戶外照明產品如果不重視雷擊浪涌方面的保護，會嚴重影響產品可靠性。大面積的LED路燈在雷雨天氣後損壞的事例屢見不鮮；據某質監局在一次針對LED路燈的質量抽查中發現，近60%的LED路燈無法滿足雷擊浪涌要求。為評估LED照明產品的浪涌衝擊抗擾性能，須按照IEC/EN61000-4-5和GB/T 17625.5的要求進行浪涌衝擊測試。其測試原理如圖5所示，共模和差模試驗的耦合網路是不同的，差模試驗即線-線試驗，其耦合電容是18μF，用於模擬實際雲層和大地間的電容；共模試驗即線-地試驗，其耦合網路由電容和電阻串聯組成，其中電容為9μF，電阻為10Ω。