LED驅動器的可靠性和電磁兼容性測試方案

　　一　引言

　　隨著人類科技的不斷發展，我們星球的夜晚變得越來越明亮，越來越絢爛，在這些變化的背后，是不斷發展的照明技術。在照明技術的開發及制造中使用的電子系統和元器件改變了照明設備及系統的未來。縱觀照明技術的發展歷史，大致經歷了四個時代的跨越式變遷，并得到了長足的發展。早期具有代表性的是它通過二極管和晶體管對交流電進行整流，隨后發展為內置直流逆變產生高頻交流，高效驅動T8燈具的電子熒光燈照明鎮流器。如今，設計者已不再僅僅設計電子鎮流器，而致力于AC-DC 智能變換器的設計，有些內部還含基于微處理器構成的用以照明控制和調光的復雜控制系統。

　　設計者們給發光二極管—LED和陣列作光源設計的供電電源，稱之為LED電子驅動器。對于LED照明器件和系統而言，LED光源本身就是其電子封裝組成的一部分。這種給LED陣列提供能源并對其進行控制的電子驅動器，LED陣列的規模少則由十幾個、幾十個，多則上百個甚至更多的發光二極管組成。這種動態的光源驅動器設計復雜程度遠遠超過原先各種氣體放電輝光管鎮流器。這個全新的領域，給LED照明器件及系統設計者和制造廠商帶來了新的挑戰。輝光放電管鎮流器設計只需關注鎮流器內部的電子組件設計是否合理、可行。而LED照明器件及系統設計則必須額外考慮LED光源的問題。設計者必須考慮驅動器會給由若干LED芯片組成的陣列與其他電子元器件串、并或混聯構成的電路模塊帶來各種干擾。

　　二　電源系統的兼容性

　　向LED或LED陣列提供電功率是LED照明器件與系統從設計到實施，以及保證終端用戶都可靠的工作狀態，并與供電源系統有良好兼容性必須考慮的重要問題。電源系統包括了人們日常生活中的各種電氣基礎設施和市電電網公共設施。

　　研究表明，通常情況下，用戶具備并操作的電源設備通常會存在種種不太合理的連線或者接地處理錯誤。當外部公共電源設施發生普遍電流干擾時，不合理甚至錯誤的連線或接地處理會加劇干擾的程度，增加用戶電子照明器件的損壞幾率，嚴重時還會造成器件的永久性破壞。LED照明器件和系統必須具有能在日常電氣環境下正常工作的能力。典型的日常電氣環境包括室內外照明、商場和工廠等建筑內外的照明設施以及市政電線桿上的LED路燈、探照燈等。

　　電氣照明已經成為人們白天及黑夜生活必不可少的一部分。當照明器件及系統意外失效時，商業運作、生產作業和日常生活都會被迫終止，如果一段時間內照明不能恢復，人們會感到極為不便甚至不知所措。造成電氣意外故障的原因有很多種，包括雷擊、交通事故破壞電線桿、建設施工工人破壞地下供電設施，甚至是動物爬到供電變壓器及高壓電纜上所帶來的影響，這些都在日常生活中并不偶然發生的事例了。諸如此類的事故，都會造成供電系統暫時性的故障，使得照明器件及系統遭受電氣干擾，嚴重的還存在中斷的困擾。

　　目前全世界范圍內能源問題得到了廣泛的關注，提高能效以及節約能源對于凈化我們的星球和建設綠色社會環境是極其重要的。如今，照明約占電網總負荷的 23%，人們都把目標制定在發展和使用高效的，能夠在用電高峰時段減少負荷量的電子照明器件上。當然，如果照明器件在沒有達到預期使用壽命之前就失效或完全不能發光了，那么所有提高能效以及節約能源的初衷就變得毫無意義。

　　綜上所述，自然引出了關于討論LED照明器件和系統的可靠性及兼容性相關的重要問題。

　　三　LED照明器件及系統的可靠性

　　首先，什么是可靠性？其定義為——產品在規定的條件和規定的時間內，完成規定的功能的能力。隨著科學技術的發展，現代化的操作機器、工程裝備、交通工具和各類探索儀器的設計越來越復雜，功能越來越完善，因此這些電子、電氣產品的性能優劣變得越來越明顯。于此同時，這些機器和設備等的可靠性漸漸受到了人們廣泛的重視，這種可靠性就被稱為系統可靠性。可靠性的指標要求是隨著系統越復雜而更高的，如果可靠性達不到系統指標的要求，則系統出故障的可能性愈大、造成的損失也愈大。這些損失包括經濟上、信譽上，甚至是造成生命安全或更嚴重的災難性等后果。譬如汽車的制動系統的不可靠或工作失誤可導致剎車失靈，很有可能造成重大損失甚至生命危險；重大的投票選舉時，如果采用計算機系統統計，若此時系統失效而打亂了統計結果，后果將不堪設想。因此，可以說系統可靠性概念的引入，對電子產品有著重大的意義。

　　提高系統的可靠性，一方面要提高構成系統的各元件本身的可靠性，如：要提高汽車制動的可靠性，首先要提高剎車位、控制系統等的可靠性。另一方面還要提高系統承受誤操作的可靠性。

　　提高系統的可靠性的根源在于系統的設計。要使系統的元器件工作在正常狀態下，沒有過載超負荷等現象的發生，并且要有一定的余量。也可以通過設計備用方案，使系統即使有個別元器件或設備出現故障仍能正常工作。當然備用方案的設計有可能增加系統的復雜性和成本，但是如果設計得合理，在成本的增加和使系統的可靠性提高上有很好的性價比，是完全值得的。

　　四　LED照明器件及系統的兼容性

　　電子產品的兼容性問題主要是電磁兼容性（EMC），定義為設備、系統、子系統在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態。即該設備、系統、子系統不會由于受到處于同一電磁環境中其他設備的電磁發射導致或遭受不允許的性能降低，也不會使同一電磁環境中其他設備、系統、子系統因它的電磁發射而導致或遭受不允許的性能降低。電磁兼容性包括兩方面：電磁干擾（EMI）和電磁耐受（EMS）。前者主要表現為傳導干擾和輻射干擾，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；輻射干擾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電網絡或電子設備。而后者主要指系統對諸如靜電放電、輻射、脈沖群、雷擊、傳導等干擾的耐受能力，即抗干擾能力。電子產品一般劃分為民用級、工業級和軍用級產品，不同等級的產品有著不同的標準規定，產品在特定等級下滿足這些標準的產品，被稱為具有電磁兼容性。對于如何來評判產品是否具有電磁兼容性？這就需要通過一系列的兼容性測試來完成了。

　　五　電磁兼容性測試

　　之前已提到過，系統的電磁兼容性測試可分為電磁干擾（EMI）和電磁耐受（EMS）兩方面，具體運用在LED照明器件及系統時的幾個重要步驟為：

　　1）傳導干擾

　　傳導干擾是指LED照明器件本身產生，從而進行導體傳輸的電磁干擾。這種測試頻率范圍一般為9KHz～30MHz，屬于低頻現象。

　　2）輻射干擾

　　輻射干擾也是由器件自身產生，并通過空間傳播形成的干擾電磁波。LED照明器件由內部電路通過產品的電線電纜或結構件外殼形成對外的輻射干擾，相當于天線發射效應。

　　3）諧波電流干擾

　　產生諧波電流的原因之一是非線性的負載，諧波電流干擾將影響電源電流的波形，使其畸變，這種干擾會對電網造成污染，必須加以控制。

　　4）靜電放電抗干擾能力

　　人體帶有靜電，這種現象在干燥的冬季更為嚴重，在這種環境下的摩擦很容易導致人體攜帶大量的靜電，此時如果人體觸摸LED產品或與其鄰近設備，會形成直接或間接的放電，產生的脈沖電壓可能導致LED的擊穿損毀，因此對LED產品的抗靜電能力有非常高的要求。

　　5）快速瞬變脈沖群干擾的抵抗能力

　　產品的繼電器開合或開關通斷，也會對同一電路中的其他電子器件產生干擾，具有脈沖成群出現、脈沖重復頻率較高及脈沖波形的上升時間短暫等特征。