賴淋香，何 越

（ 中國(guó)賽寶實(shí)驗(yàn)室，廣州 510610）

LED七彩蓮花燈變色同步機(jī)制的抗電磁爐低頻傳導(dǎo)干擾實(shí)例

賴淋香，何 越

（ 中國(guó)賽寶實(shí)驗(yàn)室，廣州 510610）

由LED七彩蓮花燈的變色同步機(jī)制受大功率電磁爐低頻傳導(dǎo)干擾的案例為出發(fā)點(diǎn)，首先 介紹蓮花燈的基本原理及其變色同步機(jī)制，然后對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行原因分析，最后運(yùn)用低通濾波器抑制電磁爐的低頻傳導(dǎo)干擾，實(shí)現(xiàn)七彩蓮花燈穩(wěn)定的變色同步。

LED七彩蓮花燈；變色同步機(jī)制；低頻傳導(dǎo)干擾

引言

蓮花燈是一種廣泛使用的漢族民俗和民間宗教活動(dòng)用品，因其外形似蓮花而得名。隨著科技的發(fā)展，蓮花燈的性能也發(fā)生了很大的提升，由最初的由蠟燭照明，逐漸發(fā)展為使用紅色LED燈照明，隨后發(fā)展為使用多彩LED燈照明。其色彩也由最初的單一顏色發(fā)展為目前廣泛使用的七彩色：紅色、黃色、藍(lán)色、綠色、紫色、粉色、白色，該七彩色按照程序設(shè)定進(jìn)行有序、規(guī)律地變化，從而使蓮花燈格外的瑰麗奪目。圖1為L(zhǎng)ED七彩蓮花燈實(shí)物照片。

如今很多大型場(chǎng)所使用多盞蓮花燈，產(chǎn)品引入了同步變色機(jī)制，使所有同時(shí)上電工作的蓮花燈可以同步變換色彩，更重要的是保證長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)所有蓮花燈顏色一致，從而實(shí)現(xiàn)使用場(chǎng)所更加地嚴(yán)肅莊重、高檔大氣。因此，多盞蓮花燈的同步變色機(jī)制的穩(wěn)定性顯得重要，尤其不能受到外部的干擾。

1 LED七彩蓮花燈的基本原理和同步機(jī)制

圖1 LED七彩蓮花燈實(shí)物照片

1.1 LED七彩蓮花燈的基本原理

LED七彩蓮花燈內(nèi)部電路主要由整流降壓模塊、同步時(shí)鐘整形模塊、MCU（單片機(jī)）控制模塊等三個(gè)模塊組成，如圖2所示。其中整流降壓模塊將市電由220 V/50 Hz轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?5 V，以此作為驅(qū)動(dòng)LED燈發(fā)光的電源。同步時(shí)鐘整形模塊由電阻和5 V穩(wěn)壓管組成，將市電波形整形為5 V/50 Hz的方波，該模塊負(fù)責(zé)為單片機(jī)提供同步時(shí)鐘，用于完成多盞蓮花燈的色彩同步變換。單片機(jī)按照內(nèi)部程序的設(shè)定，通過PWM控制紅色LED、綠色LED、藍(lán)色LED的亮度，從而產(chǎn)生絢麗多彩的燈光。在單片機(jī)的控制下，使紅、綠、藍(lán)三組LED分別兩兩點(diǎn)亮、單獨(dú)點(diǎn)亮及同時(shí)點(diǎn)亮，就能發(fā)出七種不同顏色的光。

1.2 蓮花燈的同步機(jī)制

時(shí)鐘同步整形模塊是多盞蓮花燈同步變色的核心，其采用了一個(gè)巧妙的同步機(jī)制，保證了性能的同時(shí)又降低了產(chǎn)品的成本：需要同步變色的多盞蓮花燈使用同一供電線路，蓮花燈將市電的正弦波經(jīng)過采集、整形，生成50 Hz的方波做為同步時(shí)鐘。如圖2所示：使用一個(gè)電阻（1.5 MΩ）和穩(wěn)壓二極管（5 V）串聯(lián)。當(dāng)市電相位處于正半軸時(shí)，穩(wěn)壓二極管反向?qū)ǎ瑢㈦妷恒Q位在5 V；當(dāng)市電處于負(fù)半軸時(shí)，穩(wěn)壓二極管正向?qū)?，將電壓鉗位在0.2 V，由此原理將市電整形為5 V/50 Hz的方波。此同步節(jié)拍的上升沿被單片機(jī)中斷I/O捕獲后，通過內(nèi)部程序控制PWM波的輸出，從而控制顏色的變換。

圖3所示為在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)蓮花燈使用同一個(gè)條電源線路，蓮花燈可能處于不同的位置，但是要求這些蓮花燈同時(shí)保持顏色一致，同時(shí)變色。

2 遇到的問題和原因分析

如上所述的同一電源線路即同時(shí)點(diǎn)亮多盞蓮花燈的使用情況，在我國(guó)及東南亞國(guó)家（如越南、泰國(guó)）的佛教寺廟中應(yīng)用廣泛，但用戶反應(yīng)有如下問題：在使用了電磁爐設(shè)備后，會(huì)導(dǎo)致原本同步變化的多盞蓮花燈出現(xiàn)失調(diào)現(xiàn)象：其中部分蓮花燈顏色變化會(huì)超前，最終導(dǎo)致了應(yīng)用場(chǎng)所中蓮花燈的顏色混亂，即大功率電磁爐的工作干擾到了蓮花燈的正常變色節(jié)拍，破壞了蓮花燈的變色同步機(jī)制。

電磁爐是大功率設(shè)備，功率一般大于2 000 W。由于電磁爐的工作原理主要是將公頻電流逆變成20 kHz-40 kHz的高頻電流，此高頻電流通過線圈產(chǎn)生高 速變化的磁場(chǎng)，在金屬鍋底產(chǎn)生渦流，實(shí)現(xiàn)加熱的功能。在我國(guó)，電子產(chǎn)品的強(qiáng)制認(rèn)證目錄雖然包含電磁灶（電磁爐），但是強(qiáng)制認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)不包含電磁兼容相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)加入電磁兼容措施，會(huì)增加企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)成本，因此，很多電磁爐企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)缺乏電磁兼容方面的考慮，導(dǎo)致了很多電磁灶在工作過程中會(huì)產(chǎn)生比較大的騷擾。例如，2008年廣東質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心通過對(duì)30批次的電磁爐（按GB 4824-2004標(biāo)準(zhǔn)限值）進(jìn)行抽查，結(jié)果表明30批電磁爐傳導(dǎo)騷擾不合格[1]。根據(jù)國(guó)家質(zhì)檢總局公布的2015年國(guó)家監(jiān)督抽查產(chǎn)品質(zhì)量狀況的公告，對(duì)電磁爐進(jìn)行抽查，檢驗(yàn)項(xiàng)目為電源端傳導(dǎo)和輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)，合格率僅為7.7 %。而在東南亞國(guó)家，也缺乏對(duì)電磁爐電磁兼容方面的管控。因此，電磁爐對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的騷擾的可能性非常大。本案例出現(xiàn)的情況，電磁爐與蓮花燈存在較大的空間距離，因此先排除空間輻射對(duì)蓮花燈的干擾，優(yōu)先考慮是電磁爐產(chǎn)生的電源傳導(dǎo)干擾對(duì)蓮花燈的同步變色機(jī)制產(chǎn)生了破壞性的影響。

圖2 LED蓮花燈電路框圖

圖3 統(tǒng)一供電線路上使用n盞蓮花燈示意圖

大功率電磁爐內(nèi)部存在開關(guān)設(shè)備，在正常工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定程度的騷擾，此騷擾注入到電網(wǎng)，造成電網(wǎng)的污染，即傳導(dǎo)騷擾。具體的表現(xiàn)形式為在電網(wǎng)的50 Hz正弦波上攜帶了電磁爐產(chǎn)生的騷擾，而在同一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)，這些電子產(chǎn)品使用同一個(gè)電源線路，而蓮花燈同步時(shí)鐘整形模塊在從市電中生成50 Hz同步方波時(shí)，由于受到電磁爐產(chǎn)生的傳導(dǎo)騷擾的影響，同步時(shí)鐘出現(xiàn)許多干擾脈沖，當(dāng)脈沖干擾出現(xiàn)，同步脈沖提前出現(xiàn)，蓮花燈單片機(jī)誤認(rèn)為干擾脈沖是同步脈沖信號(hào)即換色啟動(dòng)信號(hào)，于是開始執(zhí)行換顏色，這就破壞了同步。圖4為市電輸入電壓波形和對(duì)應(yīng)的同步信號(hào)示意圖。其中（a）圖為“干凈”的市電輸入電壓波形圖，（b）圖為由“干凈”的市電信號(hào)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的同步時(shí)鐘波形圖，（c）圖為攜帶干擾信號(hào)的市電輸入電壓波形圖，（d）圖為由攜帶干擾信號(hào)的市電對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的同步時(shí)鐘波形圖。

3 解決方法

綜上所述，要解決問題，要從提高蓮花燈傳導(dǎo)抗擾度方面著手。提高產(chǎn)品傳導(dǎo)抗擾度的措施有很多種，如：使用屏蔽線纜、使用同軸線纜、加入接口濾波器如共模扼流圈、或使用金屬外殼[2]等等方法，由于本例蓮花燈受到成本的壓力以及內(nèi)部電路尺寸要求的限制，所以采取的措施越簡(jiǎn)單有效越好。

考慮到電磁爐給供電線路注入干擾脈沖，因此考慮在同步時(shí)鐘整形模塊中增加了一級(jí)RC濾波器，如圖5所示。

在圖5中，R和C構(gòu)成了一階低通濾波器，截止頻率設(shè)定為200 Hz，該截止頻率可以保證50 Hz的有效脈沖順利通過，但可以有效的濾除干擾脈沖。依據(jù)一階低通濾波器截止頻率f公式（1），R阻值采用1.5 MΩ，C的容值計(jì)算為530 pF，生產(chǎn)則選擇為510 pF。

f = 1/(2×π×R×C) （1）

4 低頻段傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn)

本次試驗(yàn)根據(jù)GB/T 17626.16-2007《0 Hz~150 kHz共模傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn)》的試驗(yàn)要求，考慮濾波器的截止頻率和電磁爐的工作原理，在20 kHz-40 kHz頻段上最容易產(chǎn)生超標(biāo)騷擾，因此選擇試驗(yàn)頻 段1.5 kHz-150 kHz，根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)附錄C，試驗(yàn)電平選擇等級(jí)2，表1為試驗(yàn)等級(jí)。

此標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)評(píng)估分為四個(gè)等級(jí)：

1）在技術(shù)要求限值內(nèi)性能正常；

2）功能或性能暫時(shí)降低或喪失，但能自行恢復(fù)；

3）功能或性能暫時(shí)降低或喪失，但需要操作者干預(yù)或系統(tǒng)復(fù)位；

4）因設(shè)備（元件）或軟件的損壞，或數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)至正常狀態(tài)的功能降低或喪失。

試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)多盞蓮花燈同時(shí)施加等級(jí)2的騷擾，它們依然能同步變色，結(jié)果達(dá)到A等級(jí)即在試驗(yàn)過

圖4 電源輸入波形和同步信號(hào)示意圖

圖5 蓮花燈同步時(shí)鐘整形模塊優(yōu)化方案

表1 試驗(yàn)等級(jí)

程中，技術(shù)要求限制內(nèi)性能正常，沒有出現(xiàn)不同步、閃爍、燈光變?nèi)醯刃阅芙档偷默F(xiàn)象。而加入此濾波措施后，市場(chǎng)上用戶反饋，在使用過程中目前沒有再出現(xiàn)同步失效的現(xiàn)象。

5 小結(jié)

本文針對(duì)市場(chǎng)反饋問題出發(fā)，分析蓮花燈同步機(jī)制原理，根據(jù)電磁爐工作原理，傳導(dǎo)干擾主要發(fā)生在低頻段，從而找到解決問題方法——加入低通RC濾波電路，最終解決問題，至今市場(chǎng)反饋此款蓮花燈變色同步穩(wěn)定。

本例是針對(duì)蓮花燈的同步機(jī)制受到電磁爐低頻傳導(dǎo)干擾的問題做相應(yīng)的濾波措施，對(duì)于150 kHz-80 MHz的傳導(dǎo)抗擾度按照GB/T 17626.6《射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度》標(biāo)進(jìn)行，而大于80 MH的干擾，主要是表現(xiàn)形式為空間輻射干擾，選擇輻射抗擾度標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17626.3《射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)》進(jìn)行評(píng)估。為了確保產(chǎn)品的電磁兼容性，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該按照GB 17743《電氣照明和類似設(shè)備的無(wú)線電騷擾特性的限值和測(cè)量方法》和GB/T 18595《一般照明用設(shè)備電磁兼容抗擾度要求》對(duì)燈具做相應(yīng)的電磁騷擾和電磁抗干擾方面的控制，而上述的GB/T 17626.6和GB/T 17626.3標(biāo)準(zhǔn)要求包含在GB/T 18595標(biāo)準(zhǔn)要求當(dāng)中。

[1]鐘遠(yuǎn)生.關(guān)于電磁爐電磁兼容性的探 討[J].電氣技術(shù), 20 08(10):81-82.

[2]朱文立.傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)失敗原因分析及對(duì)策[J].安 全與電磁 兼容, 2008(6):80-82

[3]GB/T 17626.16-2007 電磁兼容 試驗(yàn) 和測(cè)量技術(shù) 0Hz～150kHz共模傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn)[S].

[4]GB/T 17626.6-2008 電磁兼容 試驗(yàn)和 測(cè)量 技術(shù) 射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度[S].

Case Analysis of Suppressing Conducted Interference From I nduction Cooker for Lotus Lamp’s Color-change Synchronization

LAI Lin-xiang, HE Yue
(CEPREI, Guangzhou 510610)

The color-change synchronization of LED colorful lotus lamp interfered by induction cooker in low frequency is taken as the starting point.Firstly, this paper introduces the basic principle of lotus lamp and its color-change synchronization.Secondly, it analyzes the problems in the case.Finally, low-pass filter is adopted to suppress low-frequency conducted interference in order to achieve lotus lamp’s color-chang e synchronization.

LED colorful lotus lamp; color-change synchronization; low- frequency conducted interference

TN99

B

1004-7204（2016）05-0041-04

賴淋香（1985-）女，漢族，福建省龍巖市人，研究生，工程師，從事電磁兼容檢測(cè)與認(rèn)證工作。

何越（19 89-）男，漢族，福建省南平市人，研究生，工程師，從事電磁兼容檢測(cè)與認(rèn)證工作。