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摘 要：通过分析电视演播室大规模使用LED灯具后电磁骚扰的产生和危害，对演播室LED灯光系统的建设工程设计给出防电磁骚扰的建议。
关键词：LED；PWM；电磁骚扰；电视演播室
LED是英文Light Emitting Diode的缩写，即发光二极管。它是在普通二极管的基础上发展起来的，有着与二极管类似的结构和特性。早期的LED多作为仪器仪表的指示灯使用，但随着高亮度LED的研制成功，人们开始将其应用于室外的显示屏、交通信号灯、光电传导系统等领域。LED在北京奥运会、上海世博会和广州亚运会大放异彩后，高亮度LED灯具在国内电视领域的应用也得到了极大的推动。目前国内主流灯光展会上各设备厂商都将LED产品列为主导产品向用户推介，各电视台在新建和改建的演播室工程中也大量采用了LED灯具并获得了不错的效果。
1 LED灯具电磁骚扰的产生
LED光源是一种低压直流器件。因此，LED灯具需要一个能将AC220V市电转换为符合LED光源工作电压要求的低压直流电源。各类电视节目演播室安装的LED灯具需要具备调光功能。因此，LED灯具的配套电源会比较复杂。
当前电视演播厅LED灯具配套电源装置一般在前级采用普通脉冲宽度调制（PWM）的开关电源，实现AC/DC转换，作为低压直流电源，开关频率通常为几十兆Hz。后级再以斩波方式，进行低频脉冲宽度调制，用调节占空比的方式来调节灯具的亮度。调光部分的电路通常为灯具厂家自行开发，各品牌的开关频率差异较大，通常为数百赫兹到几万赫兹不等。
如图1所示，220V交
流输入电压经过整流（UR）滤波后变为脉冲直流电压，供给功率开关管作为功率电源。开关管的基极由脉宽调制器的脉冲驱动。脉宽调制器由基准电压源、误差放大器、PWM比较器和锯齿波发生器组成。
功率开关转换电路是开关电源的核心，开关功率管和高频变压器中电流、电压值的高速变化构成了电磁骚扰。脉冲幅值大，工作的频带宽，而且谐波含量高，对抑制电磁骚扰与提高开关电源的效率是一个很大的矛盾，因为频率高、功率大，电磁辐射强度必然大。电磁骚扰按耦合通路来分可分为传导骚扰和辐射骚扰两种。
1.1 传导骚扰
传导骚扰是指通过电路（导电介质）把开关电源上谐波骚扰信号耦合到电网中。在开关电源的整流和调光电路中，由于电力电子器件的开关特性具有很强的非线性，电路在运行时会产生频率为基波频率奇数倍的高次谐波。在许多应用领域，传导骚扰是许多开关电源与系统能否在应用现场正常可靠运行的主要障碍之一。演播室大规模采用LED灯具后，每台灯具都配备了各自的开关电源整流和调光电路。在这种情况下，灯光供配电系统的谐波传导骚扰影响就需要在演播室设计时引起关注。
1.2 辐射骚扰
辐射骚扰一般是通过电磁感应的形式在空间进行传播的。开关电源中开关管周期性地工作在开关状态时，为了提高开关电源的频率，总想使开关元件的导通时间和关断时间即开关转换时间越短越好，采用MOSFET的开关转换时间一般都在0.1μs以内；采用四代IGBT，其开关转换时间都在0.3μs以内；采用BJT开关管，其开关转换时间是2μs以内。可以用近似的公式求出其开关时间t的等效最高频率fmax为：
此式表明，虽然开关电源的工作频率一般都在几十兆Hz，这只是电路的基波频率。但开关状态的最高等效频率却能达到几兆周的数量级，高次谐波分量在几兆Hz以上的频段。这就是开关电源产生高频骚扰的重要原因。开关电源的高频噪声是以静电和磁场的形式向外传播。静电骚扰来自电源中的高压切换，电磁的噪声起源于脉冲大电流。由于电流变化的速度 很大并与大地构成环路时，产生磁场耦合就可以形成比较严重的电磁辐射骚扰源。所以，辐射骚扰就有可能对演播厅音响、视频等电子设备的正常工作构成一定的影响。
2 演播室设计和建设时对LED灯具电磁骚扰的应对方法
LED灯具具有节能环保、寿命长、光效高、光色纯正、响应速度快、耐震动等特点，而这些正是大部分传统光源的缺点。随着LED灯具大规模进入电视演播室成为行业的趋势时，我们有必要在演播室设计和建设时就重视LED灯具的电磁骚扰问题，并采取一些应对措施。
第一，演播室灯光系统供配电设计时，为了防止传导骚扰对视音频、数据等系统及电网造成影响，对于集中设置了多种类型、规格的电视中心演播室灯光电源应采用专门的灯光变压器供电，变压器的连接组别应采用Dyn11。当然对于演播室数量较少或演播室总体规模较小的工程，可以与其他用电设备共用变压器，但应该做好电源隔离的措施，以保证对抗电磁骚扰要求高的设备的供电质量。灯光控制系统属于计算机类负荷，可由电视中心工艺供配电系统（视音频等设备供电系统）供给。
第二，各相线中的奇数次谐波（三次谐波为主）在三相供电系统中的中性线中是不能互相抵消的。因此，演播室灯光供电线路的中性线的截面积不应过小，应采用与相线截面积等同的线径为宜。
第三，电视台购置演播室LED灯具时，应要求生产厂家出具符合GB17625.1-2003《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）》和GB17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》的检测报告。GB17625.1-2003规定了设备谐波电流的限值标准，LED灯具产品必须满足，这是一个强制性标准。国家认监委2009年第28号公告《关于执行GB17743-2007标准有关要求的公告》也已经明确要求，装有电子控制装置的灯具产品必须强制性认证执行GB17743-2007。在有条件的情况下，电视演播室灯光工程竣工验收时，可以利用专业检测设备对演播室灯光系统的电磁骚扰情况做一次检测，作为验收依据之一记入验收报告留存。
第四，在缺乏專业检测条件的情况下，建设单位人员可利用中短波收音机。在LED灯工作时，把收音机置于附近，收音频率设定在中短波无电台处这样发出的噪音越低，被测灯具的电磁兼容性相对较好。
参考文献：
[1] 赵同贺，等.开关电源与LED照明的优化设计应用[M].机械工业出版社，2012.
[2] 贾正春.开关电源[D].华中理工大学，1999.
[3] 刘征，等.电视中心工程工艺设计[M].中国建筑工业出版社，2014.
[4] 王京池. LED照明灯具在电视演播室应用研究[J].演艺科技，2011（11）.
关键词：LED；PWM；电磁骚扰；电视演播室
LED是英文Light Emitting Diode的缩写，即发光二极管。它是在普通二极管的基础上发展起来的，有着与二极管类似的结构和特性。早期的LED多作为仪器仪表的指示灯使用，但随着高亮度LED的研制成功，人们开始将其应用于室外的显示屏、交通信号灯、光电传导系统等领域。LED在北京奥运会、上海世博会和广州亚运会大放异彩后，高亮度LED灯具在国内电视领域的应用也得到了极大的推动。目前国内主流灯光展会上各设备厂商都将LED产品列为主导产品向用户推介，各电视台在新建和改建的演播室工程中也大量采用了LED灯具并获得了不错的效果。
1 LED灯具电磁骚扰的产生
LED光源是一种低压直流器件。因此，LED灯具需要一个能将AC220V市电转换为符合LED光源工作电压要求的低压直流电源。各类电视节目演播室安装的LED灯具需要具备调光功能。因此，LED灯具的配套电源会比较复杂。
当前电视演播厅LED灯具配套电源装置一般在前级采用普通脉冲宽度调制（PWM）的开关电源，实现AC/DC转换，作为低压直流电源，开关频率通常为几十兆Hz。后级再以斩波方式，进行低频脉冲宽度调制，用调节占空比的方式来调节灯具的亮度。调光部分的电路通常为灯具厂家自行开发，各品牌的开关频率差异较大，通常为数百赫兹到几万赫兹不等。
如图1所示，220V交
流输入电压经过整流（UR）滤波后变为脉冲直流电压，供给功率开关管作为功率电源。开关管的基极由脉宽调制器的脉冲驱动。脉宽调制器由基准电压源、误差放大器、PWM比较器和锯齿波发生器组成。
功率开关转换电路是开关电源的核心，开关功率管和高频变压器中电流、电压值的高速变化构成了电磁骚扰。脉冲幅值大，工作的频带宽，而且谐波含量高，对抑制电磁骚扰与提高开关电源的效率是一个很大的矛盾，因为频率高、功率大，电磁辐射强度必然大。电磁骚扰按耦合通路来分可分为传导骚扰和辐射骚扰两种。
1.1 传导骚扰
传导骚扰是指通过电路（导电介质）把开关电源上谐波骚扰信号耦合到电网中。在开关电源的整流和调光电路中，由于电力电子器件的开关特性具有很强的非线性，电路在运行时会产生频率为基波频率奇数倍的高次谐波。在许多应用领域，传导骚扰是许多开关电源与系统能否在应用现场正常可靠运行的主要障碍之一。演播室大规模采用LED灯具后，每台灯具都配备了各自的开关电源整流和调光电路。在这种情况下，灯光供配电系统的谐波传导骚扰影响就需要在演播室设计时引起关注。
1.2 辐射骚扰
辐射骚扰一般是通过电磁感应的形式在空间进行传播的。开关电源中开关管周期性地工作在开关状态时，为了提高开关电源的频率，总想使开关元件的导通时间和关断时间即开关转换时间越短越好，采用MOSFET的开关转换时间一般都在0.1μs以内；采用四代IGBT，其开关转换时间都在0.3μs以内；采用BJT开关管，其开关转换时间是2μs以内。可以用近似的公式求出其开关时间t的等效最高频率fmax为：
此式表明，虽然开关电源的工作频率一般都在几十兆Hz，这只是电路的基波频率。但开关状态的最高等效频率却能达到几兆周的数量级，高次谐波分量在几兆Hz以上的频段。这就是开关电源产生高频骚扰的重要原因。开关电源的高频噪声是以静电和磁场的形式向外传播。静电骚扰来自电源中的高压切换，电磁的噪声起源于脉冲大电流。由于电流变化的速度 很大并与大地构成环路时，产生磁场耦合就可以形成比较严重的电磁辐射骚扰源。所以，辐射骚扰就有可能对演播厅音响、视频等电子设备的正常工作构成一定的影响。
2 演播室设计和建设时对LED灯具电磁骚扰的应对方法
LED灯具具有节能环保、寿命长、光效高、光色纯正、响应速度快、耐震动等特点，而这些正是大部分传统光源的缺点。随着LED灯具大规模进入电视演播室成为行业的趋势时，我们有必要在演播室设计和建设时就重视LED灯具的电磁骚扰问题，并采取一些应对措施。
第一，演播室灯光系统供配电设计时，为了防止传导骚扰对视音频、数据等系统及电网造成影响，对于集中设置了多种类型、规格的电视中心演播室灯光电源应采用专门的灯光变压器供电，变压器的连接组别应采用Dyn11。当然对于演播室数量较少或演播室总体规模较小的工程，可以与其他用电设备共用变压器，但应该做好电源隔离的措施，以保证对抗电磁骚扰要求高的设备的供电质量。灯光控制系统属于计算机类负荷，可由电视中心工艺供配电系统（视音频等设备供电系统）供给。
第二，各相线中的奇数次谐波（三次谐波为主）在三相供电系统中的中性线中是不能互相抵消的。因此，演播室灯光供电线路的中性线的截面积不应过小，应采用与相线截面积等同的线径为宜。
第三，电视台购置演播室LED灯具时，应要求生产厂家出具符合GB17625.1-2003《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）》和GB17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》的检测报告。GB17625.1-2003规定了设备谐波电流的限值标准，LED灯具产品必须满足，这是一个强制性标准。国家认监委2009年第28号公告《关于执行GB17743-2007标准有关要求的公告》也已经明确要求，装有电子控制装置的灯具产品必须强制性认证执行GB17743-2007。在有条件的情况下，电视演播室灯光工程竣工验收时，可以利用专业检测设备对演播室灯光系统的电磁骚扰情况做一次检测，作为验收依据之一记入验收报告留存。
第四，在缺乏專业检测条件的情况下，建设单位人员可利用中短波收音机。在LED灯工作时，把收音机置于附近，收音频率设定在中短波无电台处这样发出的噪音越低，被测灯具的电磁兼容性相对较好。
参考文献：
[1] 赵同贺，等.开关电源与LED照明的优化设计应用[M].机械工业出版社，2012.
[2] 贾正春.开关电源[D].华中理工大学，1999.
[3] 刘征，等.电视中心工程工艺设计[M].中国建筑工业出版社，2014.
[4] 王京池. LED照明灯具在电视演播室应用研究[J].演艺科技，2011（11）.