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照明產(chǎn)品的電磁兼容(EMC)問題及檢測技術(shù)
LED憑借自身高光效、長壽命、節(jié)能環(huán)保等顯著優(yōu)勢在照明行業(yè)中漸漸確立了龍頭地位,如室內(nèi)、室外照明等眾多領(lǐng)域。伴隨國家各類扶植政策的出臺,國內(nèi)涌現(xiàn)出大批LED照明產(chǎn)品制造廠商,但是LED照明產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊,在一定程度上影響了LED照明產(chǎn)品的推廣。很據(jù)市場質(zhì)檢專項抽查,LED照明產(chǎn)品不合格率達(dá)到73.9%,其中不合格項主要集中在諧波電流、浪涌沖擊、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(chǎn)品可靠性的重要因素。
1、EMC測試標(biāo)準(zhǔn)
目前國際上尚無針對LED照明產(chǎn)品專用的EMC標(biāo)準(zhǔn),目前的作法是根據(jù)LED照明產(chǎn)品應(yīng)用的領(lǐng)域,參考執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。如車用LED照明產(chǎn)品應(yīng)參照CISPR25《用于保護(hù)車輛接收機(jī)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(dǎo)和耦合引起的電騷擾 沿電源線的瞬態(tài)傳導(dǎo)》和ISO11452《道路車輛 用窄帶發(fā)射的電磁能量進(jìn)行電磁干擾 部件試驗方法》等標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行EMC測試,這部分內(nèi)容本文不作討論。本文探討的重點是一般用途LED照明產(chǎn)品(除車用照明、航空照明、影印機(jī)等專用LED照明設(shè)備)的EMC測試標(biāo)準(zhǔn),具體如表1所示。
2、EMC測試項目
LED照明產(chǎn)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(chǎn)品產(chǎn)生的可能引起其它事物(包括設(shè)備、系統(tǒng)、人及動植物)性能降低或產(chǎn)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(chǎn)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。
表2 LED照明產(chǎn)品的EMC測試項目
表2列舉了LED照明產(chǎn)品的EMC測試項目、包括主要測試內(nèi)容、主要測試設(shè)備、測試環(huán)境。以下將著重討論EMI電磁干擾、靜電放電、浪涌沖擊這三方面測試內(nèi)容。
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2.1、EMI測試
電磁干擾EMI(Electromagnetic Interference),有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。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(wǎng)絡(luò)。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)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(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。眾所周知,EMC的測試目標(biāo)是電子電器設(shè)備,而照明設(shè)備作為其中重要的一塊,自然也有相應(yīng)的約束。如美國的FCC認(rèn)證,歐盟的CE認(rèn)證等都對LED照明設(shè)備提出了相關(guān)的測試項目。當(dāng)談?wù)摰诫姶鸥蓴_時,一般來講有兩種干擾源;一種是傳導(dǎo)干擾,主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾,LED燈具的FCC認(rèn)證傳導(dǎo)干擾掃瞄測試頻率從0.15MHz開始至30MHz結(jié)束,CE認(rèn)證中的傳導(dǎo)干擾掃瞄測試頻率從9KHz開始至30MHz結(jié)束。 另外一種干擾是輻射干擾,主要是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備,LED燈具的FCC認(rèn)證空間輻射干擾掃瞄測試頻率從30MHz開始至1GHz結(jié)束,CE認(rèn)證中的空間輻射干擾掃瞄測試頻率從30KHz開始至300MHz結(jié)束。
在照明行業(yè)中,在測試9KHz-30MHz波段的EMI中有兩種方法,一種是采用Antenna(天線)和EMI接收機(jī),其依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是CISPR15,EN55015,GB17743。對于照明燈具可能產(chǎn)生的低頻磁場設(shè)備,需要采用CISPR
與此同時,在9KHz-300MHz波段的EMI測試中采用的是CDN法。在CISPR15,EN55015和GB17743標(biāo)準(zhǔn)中還提供另外一種照明設(shè)備的輻射電場騷擾測試方法,即CDN共模端子電壓法。采用CDN法,主要包括EMI接收機(jī),CDN和衰減器。測試時可以在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行。
根據(jù)相關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)如CISPR16,力汕研發(fā)生產(chǎn)了兩款EMI測試設(shè)備,而針對傳統(tǒng)及新型照明行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),兩款設(shè)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(tǒng)照明設(shè)備的檢測; EMI-9KA EMI掃描頻率為9KHz~30MHz則主要適合傳統(tǒng)照明設(shè)備的檢測。而判定被測物是否符合標(biāo)準(zhǔn),我們引用了峰值,準(zhǔn)峰值和平均值三個值來判定,考慮到不同標(biāo)準(zhǔn)的差異,軟件可直接調(diào)用GB17743、FCC、EN55015、GB4343等判定標(biāo)準(zhǔn)。
2.2、靜電放電
LED屬于半導(dǎo)體器件,在LED制造、裝配、運輸、存儲、使用各階段中,生產(chǎn)設(shè)備、材料、和操作者都可能給LED帶來靜電損失,導(dǎo)致LED過早出現(xiàn)漏電流增大、光衰加重,甚至“死燈”現(xiàn)象。靜電放電對LED的電光參數(shù)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(chǎn)品可靠性的重要因素之一。
LED是LED照明產(chǎn)品的關(guān)鍵材料。對于LED的靜電放電抗擾度測試,應(yīng)遵循相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)如美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ESD STM5.1、ANSI/ESD STM5.2,國際電子電工協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)JESD22-A114D、JESD22-A115-A,美國軍方標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-883等。上海力汕電子科技研發(fā)的的ESD61000-2靜電放電發(fā)生器專門針對LED靜電敏感等級判定要求及特點而設(shè)計,采用機(jī)器模式(MM)及人體模式(HBM)靜電放電試驗,靜電放電電壓*高可達(dá)30KV;LED電壓、電流測量準(zhǔn)確度可達(dá)0.2%;LED正向電壓分辨率1mV;反向漏電流分辨率0.01μA。對于LED照明產(chǎn)品而言,其整體的靜電放電抗擾度測試須按照GB/T 17626.2/IEC6
校準(zhǔn)數(shù)據(jù):
2.3、浪涌沖擊
雷擊是很普遍的氣候現(xiàn)象,據(jù)統(tǒng)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(fā)生。雷電擊中附近地面或鄰近物體,在其周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場,線路上會感應(yīng)高電壓、大電流。另外一方面,在電力系統(tǒng)中浪涌也是一種非常普遍的現(xiàn)象。如主電源系統(tǒng)切換、設(shè)備接地網(wǎng)或接地系統(tǒng)間的短路和飛弧故障等等。
LED照明產(chǎn)品尤其是戶外照明產(chǎn)品如果不重視雷擊浪涌方面的保護(hù),會嚴(yán)重影響產(chǎn)品可靠性。大面積的LED路燈在雷雨天氣后損壞的事例屢見不鮮;據(jù)某質(zhì)監(jiān)局在一次針對LED路燈的質(zhì)量抽查中發(fā)現(xiàn),近60%的LED路燈無法滿足雷擊浪涌要求。為評估LED照明產(chǎn)品的浪涌沖擊抗擾性能,須按照IEC/EN6