采用LED的道路燈具的現(xiàn)狀及改進方向

1、采用LED的道路燈具的現(xiàn)狀及改進方向摘要：文章根據(jù)安徽省高速公路的兩次 LED 道路燈具召標檢測的結(jié)果，分析了我國采用LED 道路燈具的現(xiàn)狀及改進方向。文章還對本次LED 道路燈具普遍采用的控制裝置中EMI 和防雷電感應的電路進行了分析，指出了不足及改進的方向。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 關鍵詞：結(jié)構(gòu)、感應雷電、跨接、壓敏電阻、阻值驟變中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 The status quo and the improvement direction of the luminaireadopting LED for road and street lighting中國照明網(wǎng)技術

2、論文·燈具 Yu Anqi,China National Light Source Quality Supervision Testing Centre (Shanghai),China National Lighting Fitting Quality Supervision Testing Centre,Shanghai Alpha Lighting Equipment Testing Ltd.中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 Abstract:According to the test results of LED luminaires for road and street

3、 lighting oftwice bidding for expressway of Anhui province, this article analyzes the status quoand the improvement direction of the application of LED luminaire for road and streetlighting in China. This article also analyzes the EMI of control gear and the inductioncircuit for lightning protection

4、 widely applied in the LED luminaire for road andstreet lighting this time, and points out the disadvantage and improvement direction.中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 Keywords:structure, lightning inductance, cross connection, varistor, abrupt change of resistance中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 引言中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 近年來除了 LED 器件有

5、明顯的技術進步外，各類照明燈具在LED 應用技術方面也得到了長足的進步，有少數(shù)的燈具產(chǎn)品應用水平和大部分技術指標已達到美國能源部（DOE）最新頒布的指標水平。但是，由于我國大多數(shù)照明電器生產(chǎn)企業(yè)技術水平的局限，使大部分LED 的應用企業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品與完全滿足各種標準要求和使用要求的合格產(chǎn)品尚有明顯的差距。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 2009 年的67 月份安徽省在建的六潛高速公路項目投標單位為40 家共80 批產(chǎn)品，六武高速公路項目投標企業(yè)數(shù)17 家共67 批次，國內(nèi)目前生產(chǎn)LED 道路，隧道燈具的企業(yè)幾乎都參加了投標，但投標產(chǎn)品的檢測結(jié)果是很不理想的。一、道路燈具主要不合格情況分析中

6、國照明網(wǎng)技術論文·燈具 上述二次較大規(guī)模的招標工作，比較客觀地反映了我國目前采用LED 道路/隧道燈具的現(xiàn)狀。從試驗的結(jié)果分析來看，能全面達到各對應標準的全部要求且能滿足路燈管理所提出的使用要求的合格產(chǎn)品不足二成。認真分析這二次LED道路燈具招標檢驗的結(jié)果，將有助于我國LED 照明燈具行業(yè)的健康發(fā)展。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 本次道路燈具的檢測結(jié)果主要缺陷分析如下：中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 1、道路或隧道燈具的結(jié)構(gòu)不合理中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 采用 LED 的道路或隧道燈具結(jié)構(gòu)不合理主要表現(xiàn)在以下方面：中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 （1）防塵防水

7、（IP）防護做得不好中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 兩個標段的投標產(chǎn)品（IP）防護都做得不好，尤其是六-武高速公路的標段，共33 批產(chǎn)品，IP 試驗時進水的有19 批，占57.6。由于LED 發(fā)出的光色溫較高，相比高壓鈉燈更容易吸引各種飛蟲，凡是防塵防水不合格的產(chǎn)品，小飛蟲大多能鉆入其中并且會死在里面。這類LED 道路燈具使用一段時間后如果電器箱進入太多飛蟲會破壞原來的安全性，光源腔進入太多飛蟲則將會嚴重影響燈具的光輸出。有的燈具采用打硅膠的辦法來保證能通過IP 試驗，但這不是一個持久及良好的方法，建議學習IP 防護好的燈具結(jié)構(gòu)，燈具接縫應采用凹凸槽加密封硅橡膠圈的方法。中國照明網(wǎng)技術論文

8、·燈具 （2）散熱器設計不合理中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 a、有的燈具電器箱和光源腔IP 防護較好，但中間的散熱器結(jié)構(gòu)設計不好，這雖然能通過IP 試驗，但時間長了會堵滿灰塵和飛蟲，嚴重影響散熱。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 b、道路燈具由于其IP 防護的需要，所以其內(nèi)部的散熱基本只能依靠傳導途徑，有的燈具內(nèi)部的傳導散熱設計較好，甚至采用了熱導管或熱導板技術，但燈具外殼依然是傳統(tǒng)的圓弧形光面結(jié)構(gòu)，要知道整個燈具內(nèi)部的熱傳導做得再好，其熱量主要是靠燈具外殼散發(fā)到空氣中的，燈具外殼的表面積不大且有防護層及噴塑涂層將嚴重影響燈具殼體與空氣的熱交換。由于散熱不良，有的燈具光效僅在

9、40lm/W50lm/W 水平，根本體現(xiàn)不出節(jié)能的優(yōu)點。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 c、在我國，空氣中的降塵是很大的，所以作為燈具外殼的散熱器必須能保證降落在其上的塵土應能通過自然的風吹雨淋達到清潔，但有的散熱器設計的凹凸紋太密或紋的走向不合理，使降落的灰塵很難被自然的風吹雨淋所清潔，時間長了降落的塵土就堆積在散熱器上，一方面阻礙了散熱，嚴重時可能明顯影響LED 道路燈具的使用壽命。為了保證燈具背面散熱器的自潔功能，除了散熱器凹凸紋的深度、密度及紋向要設計合理外，還應使燈具背面保持一個15°的角度，以保證雨水定向流動的自潔功能。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 （3）出光面

10、設計不合理中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 有的燈具設計者認為，LED 采用特低電壓驅(qū)動，無觸電危害，為了得到高光效所以把每個LED 直接露在外面且無其他附加的光學裝置。此類燈具如果應用于道路照明，尤其是用于隧道照明，通過一段時間的使用表面會沾滿油污，采用目前傳統(tǒng)的對隧道燈具的清洗方式往往很難把光輸出面清洗干凈，這在一定程度上影響了使用功能。這種出光面不易清潔的缺陷雖然不會造成對產(chǎn)品標準的不符合，但很容易引起使用方的抵觸思想。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 2、道路燈具的配光不合理中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 本次招標的 LED 燈具配光不合理的情況很普遍，主要表現(xiàn)在：中國照明網(wǎng)技

11、術論文·燈具 （1） 燈具呈現(xiàn)余弦配光中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 燈具的配光在沿著道路行車方向呈現(xiàn)余弦形狀，第一標段中類似此類配光的有19 批，占23.8。這顯然不符合道路照明的配光要求，此類燈具根本沒有發(fā)揮LED 多光源且具有定向光輸出的特性，此類燈具如果用在道路上，就會出現(xiàn)燈具底下照度充足甚至過度，而兩個燈具的交叉處照度不足，整個路面照度均勻度不滿足標準要求的狀況。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 （2） 沒有滿足非機動車道的照度要求中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 有的燈具的配光在沿著道路行車方向的機動車道上配光很好，但沒有注意非機動車道的照度要求，所以依然不能全面

12、符合道路照明的配光要求。二、LED 控制裝置方面的問題中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 圖 1 是LED 的道路燈具采用的一個LED 控制裝置（驅(qū)動電路）的電路圖，在目前LED 道路燈具中80左右都采用這一電路。這一電路在電磁兼容的功能方面，采用了有源功率因數(shù)校正電路和共模、差模濾波電路，所以其諧波和電源端子干擾（EMI）等指標都能可靠達到標準要求。但是其防雷電干擾方面卻存在明顯的缺陷。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 圖1 目前普遍采用的LED 控制裝置（驅(qū)動電路）的電路圖中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 1、雷電的差模干擾、防護要求和對策中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 我們知道，

13、雷電發(fā)生時，會向空中發(fā)射一個廣譜的無線電波，這一電波被架空的電源線接受，由于我國的三相四線制供電網(wǎng)絡是采用的零線接地的極性電源供電方式，這就造成了每一單相供電線路在接受感應的雷電脈沖電壓信號時，會因為兩根供電線路對地泄放回路的阻抗不同而使兩根導線之間產(chǎn)生一個差模（即輸入兩根電極之間）的雷電脈沖電壓干擾信號，這一差模干擾信號在到達整流二極管時，只要高于二極管的最高反向耐壓，整流電路就會被瞬時擊穿損壞。在電路中，EMI 防護的LC 電路對雷電感應信號稍有一些削弱的作用，但主要是依靠并聯(lián)在電路輸入端的壓敏電阻（圖中MOV1 和MOV4）來防護雷電感應的差模干擾。控制裝置對差模防雷電感應的需求是，壓敏

14、電阻在正常工作時應處于高阻狀態(tài)，當差模雷電信號到來時，削弱這一信號的幅值使雷電信號小于整流二極管的最大反向耐壓，這一電路在這一方面依然是比較成功的。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 2、雷電的共模干擾防護需求及對策中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 雷電發(fā)射的無線電波在被架空的電源線接收后，因為每一導線對瞬時感應的雷電信號泄放回路都存在一個阻抗，所以同時會產(chǎn)生一個兩極對地之間的共模干擾信號，電路圖中采用MOV2、MOV3 和RAI 組成的對地泄放回路來解決這一問題。當共模的雷電感應信號在500600V 時，壓敏電阻和防雷管動作，把雷電感應信號幅值削低。單純從雷電防護角度講這一電路是可行的，但

15、是，由于這一電路的存在，卻破壞了整個控制裝置的基本絕緣和防觸電要求。眾所周知，電器中的接地端子在通電工作時都是能被觸及的，在防觸電指標方面，都是采用雙重保險的方法，例如防觸電保護類的燈具，是由基本絕緣加外部可觸及金屬的接地來實現(xiàn)雙重保險。這樣當外部接地連接線被斷開時，還有基本絕緣作為保障，在這一電路中對于輸入電路與接地端子之間連接的元件，實際是“跨接”了基本絕緣，對于這種跨接基本絕緣的元件或組合件，在GB19510.14/IEC61347-2-13（LED 控制裝置的安全要求）標準及引用的GB8898/IEC60065 標準中有嚴格的要求，規(guī)定跨接基本絕緣的電容應是Y2 電容，其直流或峰值耐壓

16、可達6KV，規(guī)定跨接強化絕緣的電容應是Y1 電容，其直流或峰值耐壓可達8KV，以做到萬無一失。從圖中可看出，在EMI 的防護電路中，以及輸入/輸出的隔離方面，都采用了Y1 電容和光電隅合器，這是符合要求的，但同樣是跨接基本絕緣的MOV2、MOV3 和RAI 組成的防雷電路，則根本不符合作為跨接基本絕緣的元件要求，對于跨接基本絕緣的組合件，應經(jīng)得起基本絕緣所要求的介電強度，而該電路中采用的防雷管RAI 顯然不能達到這一要求，當防雷管處于導通狀態(tài)時，兩個壓敏電阻就變成直接跨接基本絕緣的電阻，對于此類電阻，GB8898/IEC60065 標準14.1中有明確規(guī)定，電阻的阻值在過載時應足夠穩(wěn)定，并且電

17、阻上應明顯看得出（或可確定），其兩個電極之間的電氣間隙應3mm，從上述這兩條要求來看，壓敏電阻在過載時阻值驟變并且兩個電極之間的電氣間隙不到3mm,顯然不符合這些要求。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 LED 控制裝置共模防感應雷電的需求是，因為電路（基本都在PCB 板上）與殼之間應具備基本絕緣，所以在基本絕緣的介電強度閥值（2U1000V，基本為1440V）下，是其自身能抵抗的，不需要防感應雷電電路過早地起作用, 防感應雷電電路過早地起作用降低了基本絕緣的抗電抗度要求，從理論上講，防感應雷電電路的動作閥值應在2U1000V 以上才起作用。在實際應用中，控制裝置線路板及各元件與殼之間的電氣間

18、隙應保持在3mm 以上，在外殼較薄易形變的位置及電氣間隙可能變化的場合還應加有抗電強度達3000V 以上的絕緣內(nèi)襯（聚酯薄膜），使LED 控制裝置的抗電強度能可靠達2200V（有效值）以上。而把防雷電感應器件的動作閥值控制在2500V（峰值）左右，即基本絕緣能力和防感應雷電的動作閥值有一個交叉的區(qū)域，這樣就能保證LED 控制裝置既具有良好的防感應雷電的功能，又具有完全符合標準要求的抗電強度及防觸電特性。人類的防雷電的能力是有限的，只能基本防止感應雷電對LED控制裝置的破壞作用，而如果是雷電直接擊中，是無法防止其損壞的。3、其它主要存在的問題中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 作為道路燈具用的

19、LED 控制裝置，應該全面符合GB19510.14/IEC61347-2-13（LED 控制裝置安全要求）；IEC 62384:2006（LED 控制裝置性能要求）；EMI（對外干擾的限值）和EMS（抗干擾能力）的要求，但從本次投標的產(chǎn)品來看，大部分的產(chǎn)品除了上述的問題外，都還存在下列明顯的不足：中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 （1）產(chǎn)品上缺少起碼的標識作為具有獨立外殼的內(nèi)裝式或獨立式控制裝置，產(chǎn)品標識是指導人們正確安裝、使用和維修的重要內(nèi)容，也是在一定程度上決定試驗的限值及合格與否的重要依據(jù)（例如tc 值），但本次LED 道路燈具用的控制裝置的標識全部不符合要求（不齊全），燈具上的標識也

20、基本都不符合標準要求。（例如IP、功率等都不齊全）中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 （2）控制裝置內(nèi)部的防電距離電氣間隙要求及抗電強度要求對控制裝置，本條要求的對象是輸入導線和電路對地（殼）之間，對于輸入/輸出隔離式或輸出為SELV（50V 以下安全特低電壓），還有輸入與輸出之間以及輸出對地之間。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 從控制裝置的有關標準中解讀出來的一般（二級污染）要求是：中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 a、輸入兩導線之間，在沒經(jīng)過保險絲及LC 電路前，爬電距離應保持在2.5mm。電氣間隙應1.7mm，無抗電強度要求。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 b、輸入電路及與之相

21、連接的電路與地（殼之間），爬電距離2.5mm，電氣間隙1.7mm，應承受2U+1000V 的抗電強度試驗。（U 為工作電壓）中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 c、對于輸出為安全特低電壓（SELV）或隔離式輸出電路，其輸入/輸出之間的爬電距離和電氣間隙應6.5mm，這要求不僅體現(xiàn)在線路板上，還體現(xiàn)在隔離變壓器引出腳和隔離變壓器內(nèi)部以及元器件的引出腳之間，抗電強度3750V。對于輸入輸出間的隔離絕緣層厚度，應0.4mm。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 d、輸出電路對地之間，如果輸出電壓50V（有效值），爬電距離1.2mm，電氣間隙0.2mm。輸出電壓42V（有效值），抗電強度500V。中國照

22、明網(wǎng)技術論文·燈具 如果輸出電壓如>50V 但小于上一檔的電壓值，可采用直線插入法來確定爬電距離和電氣間隙的數(shù)值，抗電強度2U+1000V（這里的U 為輸出電壓）。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 從目前檢測到的大部分的樣品來看，基本都不能全面滿足上述的要求。中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 四、歸納和總結(jié)中國照明網(wǎng)技術論文·燈具 LED 照明器具是一個新興的產(chǎn)品，它的設計和制造既需要傳統(tǒng)照明行業(yè)的知識，又需要有關LED 器件方面的知識。由于我國行業(yè)分隔的歷史情況，導致了傳統(tǒng)照明器具制造行業(yè)的人不熟悉LED 器件的特征，而傳統(tǒng)的半導體器件制造人員不熟悉照明器具的安規(guī)要求。知識面的不齊全造成了設計輸入的明顯不足，這也必然導致所設計的產(chǎn)品先天的缺陷。從本質(zhì)上看，這是目前行業(yè)急功近利及浮躁心理的表現(xiàn)。這種浮躁心理另外的表現(xiàn)形式是，對已有的對LED 照明器具完全適用的國內(nèi)外有關標準視而不見，口頭卻還說著照明LED 器具沒有標準。還有，為所謂爭得先機而急促制訂的技術上漏洞百出的地方標準。這些做法在很大程度上阻礙了我國LED 照明行業(yè)的健康發(fā)展，并且將導致本行業(yè)進步與發(fā)展道路上的更大的反復。在這里敬請目前LED 照明行業(yè)的從業(yè)人員能