家用照明燈具低頻雜訊電流之量測與探討

台南分局第一課 技正 林昆平

一、前言

由於國際電機電子協會 IEEE於 2002年將低頻雜訊管制標準推廣至 120V配電系統，使

得含蓋低頻雜訊的大宗來源，家用電機電子資訊產品成為未來管制的對像。家用電機電

子資訊產品常見有電冰箱、電視、立體音響、風扇、料理機、溫控熱水器、微波爐、變

頻冷氣機、照明燈具、影音播放機、個人電腦及週邊資訊產品，由於這些產品大量採用

電子電路控制基板，使得低頻雜訊如同高頻雜訊般，干擾別人(EMI)，也被別人干擾

(EMS)，雖然這些產品已在本局辦理安規檢驗及高頻電磁干擾檢測，但 IEEE所言「低

頻雜訊」，長久以來均被外界所忽視。低頻雜訊不同於高頻雜訊，主要是屬週期性有規

律的干擾家電設備(如螢幕顯像持續性模糊)並造成電力品質污染，危及供電可靠度(如不

明原因跳電)。目前所知高頻傳導性電磁干擾頻率範圍依 CNS13783-1 為 15000Hz至

300000Hz，低頻雜訊則依 IEC 61000-3-2規定範圍，大約是從 120HZ至 3000HZ左右，

雖然產生過程，低頻較高頻容易了解且具規律性，然高頻 EMI因已執行多年，找到防

制對策並不困難；低頻 EMI剛受到重視，其成份及防制對策並不被 EMI工程師所熟悉，

故有必要先對干擾源進行低頻雜訊成份之調查，本文首先就家用及公寓大樓使用最多之

照明燈具類，進行量測與探討，陸續再完成其它電機電子資訊產品低頻雜訊長期監測。

二、家用照明燈具種類及動作原理[3]

照明燈管種類繁多，舉凡道路照明用的水銀燈、強調氣氛用的鹵素燈、三波長 BB燈、

鎢絲燈、省電燈泡及民生使用最多的日光燈，這些光源在產生低頻雜訊方面，一般均非

常微小，燈類主要產生低頻雜訊的原因，在於使用了點燈用的安定器，沒有安定器，日

光燈不但無法起動，壽命也將縮短；有了安定器，卻由於其內部的電子電路，衍生低頻

雜訊，干擾電器產品運轉，因此探討燈類雜訊，應從安定器著手。另一項較複雜點燈電

路，是緊急照明燈及避難方向指示燈，由於平時不但要透過安定器運作，更要對停電時

之轉換電源---蓄電池充電，因此具備較複雜的電子電路，底下我們就傳統安定器、電子

安定器及緊急照明燈之電子電路，加以探討。

(1) 傳統安定器

日光燈一般用於房室及辦公室照明，其動作原理是利用高電壓加速燈管電極上的電子

逸出，並撞擊管內水銀蒸氣離子，以便產生激勵螢光粉發光的紫外線，一旦日光燈達

成點燈效果後，便不需要再過多的電子撞擊，因此需設法將電壓降下來，傳統安定器

因此應運而生。基本上它只是一顆由矽鋼片構成的變壓器，但具備高漏磁的特性，起

動時，由變壓器二次側將 110V電壓提升數倍並直接對燈管兩極加壓，等到電子數達到

點燈的飽和度後，產生的高電流，立即引發矽鋼片的漏磁，降低感應磁通，使二次側

感應電壓下降，整個起動過程由於電子數目的增多變少，常導致燈管閃爍，為一大缺

點。另一方面，由於傳統安定器為一導磁性鐵心結構，電流會因鐵心磁滯現像而失真，

因而衍生低頻雜訊及噪音，圖一所示為電流被扭曲的情形，圖二所示為其實體結構。

圖一 日光燈電流被安定器所扭曲失真 圖二 傳統安定器結構

(2) 電子式安定器

由於傳統安定器有起動慢、燈管閃爍、體積大及噪音的缺點，因此電子安定器被設計出

來代替，其最大特點係利用高頻振盪電路，將 60Hz電壓頻率提升到 20000 ~40000Hz頻

率，使日光燈兩電極在極短時間內逸出大量電子，對水銀離子產生撞擊並釋放螢光粉所

需的紫外線能量。由於電子數目瞬間達成飽和，因此具備起動快、無閃爍、體積小、無

噪音及省電 25%以上的優點，但因具備非線性電子電路，產生低頻雜訊電流卻比傳統安

定器來得嚴重，圖三所示為電子式安定器電路，圖四為其實體結構。

圖三 電子式安定器電路

圖四 電子式安定器高頻振盪電路實體

(3) 緊急照明燈及避難方向指示燈內部電子電路

在大型公寓一般均設有緊急照明燈及避難方向指示燈，主要用於停電及火災時的照

明，其內部運轉電路几乎是傳統安定器、電子安定器及交直流轉換電路之集大成。平

常未停電時，這些設備均插在 110V 或 220V 插座，燈管由傳統安定器點燈並透過整流

電路，同時對內部蓄電池充電；一旦停電時，電力迅速轉由蓄電池供電，直流電源透

過交直流轉換電路，轉換為交流，再經由電子安定器電路點燈。圖五所示為避難方向

指示燈拆解後照片，其中央頂端塊狀東西為傳統安定器，左下角為蓄電池，右下角為

同時具備交直流轉換功能及電子安定器電路之基板。圖六為緊急照明燈拆解後照片，

與避難方向指示燈結構，可說一模一樣，差在功能上，燈管只在停電時才起動，平時

只有充電的動作。圖七為整個電路基板更詳細的照片，原則上右半部為電子安定器高

頻振盪電路(類似圖四)，左半部為交直流轉換電路及改善傳統安定器功因之電容器。

+

圖五 避難方向指示燈內部結構 圖六 緊急照明燈內部結構

圖七 同時具備電子安定器、整流電路及功因改善電容器的基板

三、家用照明燈具低頻雜訊電流之量測與解析

(1) 傳統安定器日光燈之量測

圖八所示為對國內某大廠所生產日光燈 40W 雙管量測情形，首先透過安定器點亮燈

管，並將『低頻雜訊量測儀』的電流鉤錶(CH2)，勾住 110V的電源引線，進行瞬時取樣，

結果如表一所示，以第三次雜訊(180HZ)、第五次雜訊(300HZ)、第七次雜訊(420HZ)、第九次雜訊(540HZ)、第十一次雜訊(660HZ)較為明顯，造成失真率為 11.84%；另外 60Hz額定電流 1.416A，綜合電流 1.426A，增加 0.01A雜訊量。繼續進行十分鐘長時監測，將

電壓夾錶(CH1)夾住電源引線，量測如表二~表五所示，可發現消耗實功約 127W，功因

0.78，雜訊三、五、七、九次的穩態值為 0.16A、0.03A、0.02A、0.01A，並依次遞減。

圖八 40wx2傳統安定器日光燈量測情形 表一 低頻雜訊電流瞬時量測值

表二 傳統安定器雙管日光燈雜訊長時監測值 1 表三 傳統安定器雙管日光燈雜訊長時監測值 2

表四 傳統安定器雙管日光燈雜訊長時監測值 3 表五 傳統安定器雙管日光燈雜訊長時監測值 4

(2) 電子式安定器 PL台燈之量測

圖九所示為某廠牌電子式安定器 PL 檯燈量測情形，瞬時取樣量測結果如表六所示，雜

訊以第三、五、七、九、十一、十三、十五次較為明顯，並形成遞減現像，其生成量嚴

重，造成失真 199.15%，另外 60Hz 額定電流 0.194A，綜合電流 0.432A，增加 0.238A雜訊量。繼續進行十分鐘長時監測，量測如表七~表十一所示，可發現消耗實功約 13W，功

因 0.23；雜訊三、五、七、九、十一、十三、十五次的穩態值為 0.2A、0.18A、0.18A、0.15A、0.13A、0.11A、0.09A，顯示使用非線性電子電路基板之電子式安定器比使用電

抗結構之傳統安定器，不但功因超低，雜訊量更大，綜合失真高達 200%以上，唯一優點

為省電。

圖九 120V 27w電子式安定器 PL檯燈量測情形 表六 低頻雜訊電流瞬時量測值

表七 低頻雜訊長時監測值 1 表八 低頻雜訊長時監測值 2

表九 低頻雜訊長時監測值 3 表十 低頻雜訊長時監測值 4

表十一 低頻雜訊長時監測值 5

(3) 電子式安定器日光燈之量測 圖十所示，為電子式安定器日光燈 40W 雙管量測情形，瞬時取樣量測結果如表十二

所示，雜訊以第三、五、九次較為明顯，造成失真 14.46%，另外 60Hz 額定電流 0.686A，綜合電流 0.693A，增加 0.007A雜訊量。表十三~ 表十六所示為長時監測數據，可發現消

耗實功約 74W，功因 0.93；雜訊第三、五、九次穩態值為 0.08A、0.06A、0.01A，綜合

電流平均 0.68A與額定值几乎相同，好像沒什麼雜訊且功因很高。讀者可能已發現一個

問題，同樣是電子安定器，為何應用在檯燈，綜合失真率為 200%；應用在日光燈，卻只

有 14%？其理由是這兩顆電子式安定器電路不儘然相同。應用在辦公及家居使用的日光

燈，几乎是照明的大宗，若任其產生低頻雜訊，干擾層面將很廣，為了降低其影響程度

並提升功因，國內大廠均設計有濾波電路及功因改善電容器，其電子安定器長度一般都

比較長，而檯燈由於使用量相對少很多，為成本考量，均未加裝改善設備。

圖十 40wx2電子式安定器日光燈量測情形 表十二 低頻雜訊電流瞬時量測值

表十三 電子安定器雙管日光燈雜訊長時監測值 1 表十四 電子安定器雙管日光燈雜訊長時監測值 2

表十五 電子安定器雙管日光燈雜訊長時監測值 3 表十六 電子安定器雙管日光燈雜訊長時監測值 4

(4)避難方向指示燈(或家用緊急照明燈)之量測

圖十一所示為避難方向指示燈量測情形，燈管平時透過傳統安定器點燈運作，一方面也經

由基板上的整流電路對蓄電池充電，其雜訊來源包含傳統安定器及電子電路基板，失真率

會比只使用傳統安定器之燈具來得嚴重，約 28%。十分鐘的長時監測如表十七~表二十所

示，可發現雜訊三、五、七、九、十一、十五的穩態值為 0.02A、0.03A、0.06A、0.02A、0.01A、0.01A。

圖十一 27w 220v避難方向指示燈量測情形

表十七 低頻雜訊長時監測值 1 表十八 低頻雜訊長時監測值 2

表十九 低頻雜訊長時監測值 3 表二十 低頻雜訊長時監測值 4

四、低頻雜訊電流對家用小家電干擾程度探討[6]

就低頻電磁干擾 EMI 而言，雜訊量多寡，決定對家用小家電產品的干擾程度，雜訊量越大，

干擾就越大。國外甚至將干擾程度分為四級，如表二十一所示。至於其對小家電的動作影響，

則如表二十二所示。乍看之下，在短時間的試驗結果，其干擾有限，但若長時間試驗(例如 3

小時)，對家電壽命的影響，就不得而知，至少國外目前尚未有文獻可參考。

障害

程度

對器材影響 例 子 顯示顯像 成 因

O 級 無影響 器材功能、特性不變

A 級 輕度故障 器材可能容許臨時

性功能喪失，但尚不

足以構成故障

1. 壽命縮短 2.可靠度降

低 3.性能衰退

1.反覆的衝擊與溫

升，縮短壽命 2.溫升過度，故障

率上升，無法發揮

功能

B 級 重大故障 器材可自動恢復的

暫時性動作已喪失

1. 喪失功能 2.性能大大

衰退

只暫時喪失可自動

恢復功能，影響到

不能繼續運轉

C 級 故障臨界 器材動作或特性上

的傷害，需靠人工的

重開機

保護器誤動

作

保護電驛誤動作致

使器材運轉當機

D 級 損害 器材喪失功能，損傷無法回復

表二十一 低頻雜訊影響程度分級

器材

容量(W) 單一低頻雜訊電壓的影響，試驗

時分別施予180HZ及1200HZ ~2400HZ雜訊電壓(10%額定電

壓)於器材上，試驗時間約10分

電視機 130W

72W

60W

畫面縱橫延伸1%，其它無障礙 無變化 畫面縱橫延伸1%，其它無障礙

立體音響 150W

130W

167W

無變化 無變化 音響內變壓器有噪音

一般小型

照明器具

129W

72W

32W

暗1.4% 暗0.8% 暗2.3%

小型電子

式照明器

具

116W

85W

32W

暗4.1% 暗7.7% 暗6.5%

附電子調

光器之鎢

絲燈

800W 400W

500W

無變化 無變化 無變化

個人電腦 100W 24W

80W

無變化 無變化 無變化

冷氣機 790W 無變化

表二十二 低頻雜訊對小家電的動作影響

五、結論

傳統安定器日光燈特點

1.起動慢、燈管閃爍、體積大及噪音的缺點。

2.會產生三、五、七、九次雜訊，其大小成依次遞減，以三次最大。

3.低頻雜訊造成總失真率約為 12%。

4.雙燈管額定 80W，實測 127W，增加的 47W 電力，由傳統安定器損耗，相當耗電。

5.功因 0.78，實際耗電力為 163VA(127/0.78)。

電子安定器日光燈特點

1.無起動慢、燈管閃爍、體積大及噪音的缺點

2.會產生三、五、七、九、十一、十三、十五雜訊，其大小雖依次遞減，但量很大。

3.低頻雜訊造成總失真率 200%以上，相當嚴重。

4.燈管額定 27W，實測 13W，則相當省電。

6.由於非線性電子電路構成，功因超低，只有 0.23，實際耗電力為 56VA(13W/0.23)。

7.若基板上有加裝濾波電路及功因改善電容器，可有效降低頻雜訊電流及提升功因，

惟成本相對提高。

避難方向指示燈(或家用緊急照明燈)特點

1.平時透過傳統安定器點燈，有起動慢、燈管閃爍、及噪音的缺點。

2.平時除傳統安定器點燈運作，尚需對蓄電池充電，故其產生雜訊比只使用傳統安

定器運作之燈具來得大。

3.產生雜訊主要為三、五、七、九、十一、十五次。

4.停電時，轉由蓄電池供電並經由電子式安定器點燈運轉，討論其雜訊已無意義。

六、參考文獻

1. C.K. Duffey, and R.P. Stratford. "IEEE Recommended Practices and Requirements

for Harmonic Control in Electric Power Systems", IEEE Std 519-1992.

2. 林昆平 著,"An Advanced Computer Code For Single-Tuned Harmonic Filter

Design",IEEE Transation on Industry Application,Vol.34,No.4,PP.640-648,

July/Aug 1998.

3.胡忠興 著,”各種照明燈具之諧波問題探討”，第 539 期台電工程期刊，JUL 1993.

4.東亞，旭光及菲利浦各型照明型錄.

5.林昆平 著,"工業配電諧波問題之改善”,國立台灣大學電機工程研究所 碩士論文,

1995.

6.日本電氣協同財團法人研究會 著,”日本電氣協同研究(諧波篇)”,第 46 卷,2 號.

7.張文曜 著,”低頻雜訊電流對電子電路的影響”，第 528 期台電工程期刊，JUL 1992.

8.CNS13783-1 國家標準,”電製品、電動工具和類似裝置之電磁相容要求” .