LED七彩莲花灯变色同步机制的抗电磁炉低频传导干扰实例

赖淋香，何 越

（ 中国赛宝实验室，广州 510610）

LED七彩莲花灯变色同步机制的抗电磁炉低频传导干扰实例

赖淋香，何 越

（ 中国赛宝实验室，广州 510610）

由LED七彩莲花灯的变色同步机制受大功率电磁炉低频传导干扰的案例为出发点，首先 介绍莲花灯的基本原理及其变色同步机制，然后对出现的问题进行原因分析，最后运用低通滤波器抑制电磁炉的低频传导干扰，实现七彩莲花灯稳定的变色同步。

LED七彩莲花灯；变色同步机制；低频传导干扰

引言

莲花灯是一种广泛使用的汉族民俗和民间宗教活动用品，因其外形似莲花而得名。随着科技的发展，莲花灯的性能也发生了很大的提升，由最初的由蜡烛照明，逐渐发展为使用红色LED灯照明，随后发展为使用多彩LED灯照明。其色彩也由最初的单一颜色发展为目前广泛使用的七彩色：红色、黄色、蓝色、绿色、紫色、粉色、白色，该七彩色按照程序设定进行有序、规律地变化，从而使莲花灯格外的瑰丽夺目。图1为LED七彩莲花灯实物照片。

如今很多大型场所使用多盏莲花灯，产品引入了同步变色机制，使所有同时上电工作的莲花灯可以同步变换色彩，更重要的是保证长时间内所有莲花灯颜色一致，从而实现使用场所更加地严肃庄重、高档大气。因此，多盏莲花灯的同步变色机制的稳定性显得重要，尤其不能受到外部的干扰。

1 LED七彩莲花灯的基本原理和同步机制

图1 LED七彩莲花灯实物照片

1.1 LED七彩莲花灯的基本原理

LED七彩莲花灯内部电路主要由整流降压模块、同步时钟整形模块、MCU（单片机）控制模块等三个模块组成，如图2所示。其中整流降压模块将市电由220 V/50 Hz转变为直流15 V，以此作为驱动LED灯发光的电源。同步时钟整形模块由电阻和5 V稳压管组成，将市电波形整形为5 V/50 Hz的方波，该模块负责为单片机提供同步时钟，用于完成多盏莲花灯的色彩同步变换。单片机按照内部程序的设定，通过PWM控制红色LED、绿色LED、蓝色LED的亮度，从而产生绚丽多彩的灯光。在单片机的控制下，使红、绿、蓝三组LED分别两两点亮、单独点亮及同时点亮，就能发出七种不同颜色的光。

1.2 莲花灯的同步机制

时钟同步整形模块是多盏莲花灯同步变色的核心，其采用了一个巧妙的同步机制，保证了性能的同时又降低了产品的成本：需要同步变色的多盏莲花灯使用同一供电线路，莲花灯将市电的正弦波经过采集、整形，生成50 Hz的方波做为同步时钟。如图2所示：使用一个电阻（1.5 MΩ）和稳压二极管（5 V）串联。当市电相位处于正半轴时，稳压二极管反向导通，将电压钳位在5 V；当市电处于负半轴时，稳压二极管正向导通，将电压钳位在0.2 V，由此原理将市电整形为5 V/50 Hz的方波。此同步节拍的上升沿被单片机中断I/O捕获后，通过内部程序控制PWM波的输出，从而控制颜色的变换。

图3所示为在同一个区域内的多个莲花灯使用同一个条电源线路，莲花灯可能处于不同的位置，但是要求这些莲花灯同时保持颜色一致，同时变色。

2 遇到的问题和原因分析

如上所述的同一电源线路即同时点亮多盏莲花灯的使用情况，在我国及东南亚国家（如越南、泰国）的佛教寺庙中应用广泛，但用户反应有如下问题：在使用了电磁炉设备后，会导致原本同步变化的多盏莲花灯出现失调现象：其中部分莲花灯颜色变化会超前，最终导致了应用场所中莲花灯的颜色混乱，即大功率电磁炉的工作干扰到了莲花灯的正常变色节拍，破坏了莲花灯的变色同步机制。

电磁炉是大功率设备，功率一般大于2 000 W。由于电磁炉的工作原理主要是将公频电流逆变成20 kHz-40 kHz的高频电流，此高频电流通过线圈产生高 速变化的磁场，在金属锅底产生涡流，实现加热的功能。在我国，电子产品的强制认证目录虽然包含电磁灶（电磁炉），但是强制认证标准不包含电磁兼容相关标准，而在产品设计加入电磁兼容措施，会增加企业的研发和生产成本，因此，很多电磁炉企业在产品设计时缺乏电磁兼容方面的考虑，导致了很多电磁灶在工作过程中会产生比较大的骚扰。例如，2008年广东质量监督检验中心通过对30批次的电磁炉（按GB 4824-2004标准限值）进行抽查，结果表明30批电磁炉传导骚扰不合格[1]。根据国家质检总局公布的2015年国家监督抽查产品质量状况的公告，对电磁炉进行抽查，检验项目为电源端传导和辐射骚扰场强，合格率仅为7.7 %。而在东南亚国家，也缺乏对电磁炉电磁兼容方面的管控。因此，电磁炉对电网产生的骚扰的可能性非常大。本案例出现的情况，电磁炉与莲花灯存在较大的空间距离，因此先排除空间辐射对莲花灯的干扰，优先考虑是电磁炉产生的电源传导干扰对莲花灯的同步变色机制产生了破坏性的影响。

图2 LED莲花灯电路框图

图3 统一供电线路上使用n盏莲花灯示意图

大功率电磁炉内部存在开关设备，在正常工作时会产生一定程度的骚扰，此骚扰注入到电网，造成电网的污染，即传导骚扰。具体的表现形式为在电网的50 Hz正弦波上携带了电磁炉产生的骚扰，而在同一个区域范围内，这些电子产品使用同一个电源线路，而莲花灯同步时钟整形模块在从市电中生成50 Hz同步方波时，由于受到电磁炉产生的传导骚扰的影响，同步时钟出现许多干扰脉冲，当脉冲干扰出现，同步脉冲提前出现，莲花灯单片机误认为干扰脉冲是同步脉冲信号即换色启动信号，于是开始执行换颜色，这就破坏了同步。图4为市电输入电压波形和对应的同步信号示意图。其中（a）图为“干净”的市电输入电压波形图，（b）图为由“干净”的市电信号对应产生的同步时钟波形图，（c）图为携带干扰信号的市电输入电压波形图，（d）图为由携带干扰信号的市电对应产生的同步时钟波形图。

3 解决方法

综上所述，要解决问题，要从提高莲花灯传导抗扰度方面着手。提高产品传导抗扰度的措施有很多种，如：使用屏蔽线缆、使用同轴线缆、加入接口滤波器如共模扼流圈、或使用金属外壳[2]等等方法，由于本例莲花灯受到成本的压力以及内部电路尺寸要求的限制，所以采取的措施越简单有效越好。

考虑到电磁炉给供电线路注入干扰脉冲，因此考虑在同步时钟整形模块中增加了一级RC滤波器，如图5所示。

在图5中，R和C构成了一阶低通滤波器，截止频率设定为200 Hz，该截止频率可以保证50 Hz的有效脉冲顺利通过，但可以有效的滤除干扰脉冲。依据一阶低通滤波器截止频率f公式（1），R阻值采用1.5 MΩ，C的容值计算为530 pF，生产则选择为510 pF。

f = 1/(2×π×R×C) （1）

4 低频段传导骚扰抗扰度试验

本次试验根据GB/T 17626.16-2007《0 Hz~150 kHz共模传导骚扰抗扰度试验》的试验要求，考虑滤波器的截止频率和电磁炉的工作原理，在20 kHz-40 kHz频段上最容易产生超标骚扰，因此选择试验频 段1.5 kHz-150 kHz，根据本标准附录C，试验电平选择等级2，表1为试验等级。

此标准试验评估分为四个等级：

1）在技术要求限值内性能正常；

2）功能或性能暂时降低或丧失，但能自行恢复；

3）功能或性能暂时降低或丧失，但需要操作者干预或系统复位；

4）因设备（元件）或软件的损坏，或数据丢失而造成不能恢复至正常状态的功能降低或丧失。

试验结果表明，对多盏莲花灯同时施加等级2的骚扰，它们依然能同步变色，结果达到A等级即在试验过

图4 电源输入波形和同步信号示意图

图5 莲花灯同步时钟整形模块优化方案

表1 试验等级

程中，技术要求限制内性能正常，没有出现不同步、闪烁、灯光变弱等性能降低的现象。而加入此滤波措施后，市场上用户反馈，在使用过程中目前没有再出现同步失效的现象。

5 小结

本文针对市场反馈问题出发，分析莲花灯同步机制原理，根据电磁炉工作原理，传导干扰主要发生在低频段，从而找到解决问题方法——加入低通RC滤波电路，最终解决问题，至今市场反馈此款莲花灯变色同步稳定。

本例是针对莲花灯的同步机制受到电磁炉低频传导干扰的问题做相应的滤波措施，对于150 kHz-80 MHz的传导抗扰度按照GB/T 17626.6《射频场感应的传导骚扰抗扰度》标进行，而大于80 MH的干扰，主要是表现形式为空间辐射干扰，选择辐射抗扰度标准GB/T 17626.3《射频电磁场辐射抗扰度试验》进行评估。为了确保产品的电磁兼容性，国内企业应该按照GB 17743《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》和GB/T 18595《一般照明用设备电磁兼容抗扰度要求》对灯具做相应的电磁骚扰和电磁抗干扰方面的控制，而上述的GB/T 17626.6和GB/T 17626.3标准要求包含在GB/T 18595标准要求当中。

[1]钟远生.关于电磁炉电磁兼容性的探 讨[J].电气技术, 20 08(10):81-82.

[2]朱文立.传导抗扰度试验失败原因分析及对策[J].安 全与电磁 兼容, 2008(6):80-82

[3]GB/T 17626.16-2007 电磁兼容 试验 和测量技术 0Hz～150kHz共模传导骚扰抗扰度试验[S].

[4]GB/T 17626.6-2008 电磁兼容 试验和 测量 技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度[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

赖淋香（1985-）女，汉族，福建省龙岩市人，研究生，工程师，从事电磁兼容检测与认证工作。

何越（19 89-）男，汉族，福建省南平市人，研究生，工程师，从事电磁兼容检测与认证工作。