1、采用 LED 的道路灯具的现状及改进方向(第 1 页)来源：上海时代之光照明电器检测有限公司 作者：俞安琪 浏览：3976 人次 发布：2009-08-12 注：其他网站转载须注明出处，转载而不注明出处者，一经查实，将追究其法律责任文章根据安徽省高速公路的两次 LED 道路灯具召标检测的结果，分析了我国采用 LED 道路灯具的现状及改进方向。文章还对本次 LED 道路灯具普遍采用的控制装置中 EMI 和防雷电感应的电路进行了分析，指出了不足及改进的方向。俞安琪国家电光源质量监督检验中心 (上海)国家灯具质量监督检验中心上海时代之光照明电器检测有限公司摘 要：文章根据安徽省高速公路的两次 LED
2、 道路灯具召标检测的结果，分析了我国采用 LED 道路灯具的现状及改进方向。文章还对本次 LED 道路灯具普遍采用的控制装置中 EMI 和防雷电感应的电路进行了分析，指出了不足及改进的方向。关键词：结构、感应雷电、跨接、压敏电阻、阻值骤变The status quo and the improvement direction of the luminaire adopting LED for road and street lightingYu Anqi,China National Light Source Quality Supervision Testing Centre (Shangh
3、ai),China National Lighting Fitting Quality Supervision Testing Centre,Shanghai Alpha Lighting Equipment Testing Ltd.Abstract:According to the test results of LED luminaires for road and street lighting of twice bidding for expressway of Anhui province, this article analyzes the status quo and the i
4、mprovement direction of the application of LED luminaire for road and street lighting in China. This article also analyzes the EMI of control gear and the induction circuit for lightning protection widely applied in the LED luminaire for road and street lighting this time, and points out the disadva
5、ntage and improvement direction.Keywords:structure, lightning inductance, cross connection, varistor, abrupt change of resistance引言近年来除了 LED 器件有明显的技术进步外，各类照明灯具在 LED 应用技术方面也得到了长足的进步，有少数的灯具产品应用水平和大部分技术指标已达到美国能源部（DOE）最新颁布的指标水平。但是，由于我国大多数照明电器生产企业技术水平的局限，使大部分 LED 的应用企业所生产的产品与完全满足各种标准要求和使用要求的合格产品尚有明显的差距。2
6、009 年的 67 月份安徽省在建的六潜高速公路项目投标单位为 40 家共 80 批产品，六武高速公路项目投标企业数 17 家共 67 批次，国内目前生产 LED 道路，隧道灯具的企业几乎都参加了投标，但投标产品的检测结果是很不理想的。一、道路灯具主要不合格情况分析上述二次较大规模的招标工作，比较客观地反映了我国目前采用 LED 道路/隧道灯具的现状。从试验的结果分析来看，能全面达到各对应标准的全部要求且能满足路灯管理所提出的使用要求的合格产品不足二成。认真分析这二次 LED 道路灯具招标检验的结果，将有助于我国 LED 照明灯具行业的健康发展。本次道路灯具的检测结果主要缺陷分析如下：1、道路
7、或隧道灯具的结构不合理采用 LED 的道路或隧道灯具结构不合理主要表现在以下方面：（1）防尘防水（IP）防护做得不好两个标段的投标产品（IP）防护都做得不好，尤其是六-武高速公路的标段，共 33 批产品，IP 试验时进水的有 19 批，占 57.6。由于 LED 发出的光色温较高，相比高压钠灯更容易吸引各种飞虫，凡是防尘防水不合格的产品，小飞虫大多能钻入其中并且会死在里面。这类 LED 道路灯具使用一段时间后如果电器箱进入太多飞虫会破坏原来的安全性，光源腔进入太多飞虫则将会严重影响灯具的光输出。有的灯具采用打硅胶的办法来保证能通过 IP 试验，但这不是一个持久及良好的方法，建议学习 IP 防护
8、好的灯具结构，灯具接缝应采用凹凸槽加密封硅橡胶圈的方法。（2）散热器设计不合理a、有的灯具电器箱和光源腔 IP 防护较好，但中间的散热器结构设计不好，这虽然能通过 IP 试验，但时间长了会堵满灰尘和飞虫，严重影响散热。b、道路灯具由于其 IP 防护的需要，所以其内部的散热基本只能依靠传导途径，有的灯具内部的传导散热设计较好，甚至采用了热导管或热导板技术，但灯具外壳依然是传统的圆弧形光面结构，要知道整个灯具内部的热传导做得再好，其热量主要是靠灯具外壳散发到空气中的，灯具外壳的表面积不大且有防护层及喷塑涂层将严重影响灯具壳体与空气的热交换。由于散热不良，有的灯具光效仅在 40lm/W50lm/W
9、水平，根本体现不出节能的优点。c、在我国，空气中的降尘是很大的，所以作为灯具外壳的散热器必须能保证降落在其上的尘土应能通过自然的风吹雨淋达到清洁，但有的散热器设计的凹凸纹太密或纹的走向不合理，使降落的灰尘很难被自然的风吹雨淋所清洁，时间长了降落的尘土就堆积在散热器上，一方面阻碍了散热，严重时可能明显影响 LED 道路灯具的使用寿命。为了保证灯具背面散热器的自洁功能，除了散热器凹凸纹的深度、密度及纹向要设计合理外，还应使灯具背面保持一个 15的角度，以保证雨水定向流动的自洁功能。（3）出光面设计不合理有的灯具设计者认为，LED 采用特低电压驱动，无触电危害，为了得到高光效所以把每个 LED 直接
10、露在外面且无其他附加的光学装置。此类灯具如果应用于道路照明，尤其是用于隧道照明，通过一段时间的使用表面会沾满油污，采用目前传统的对隧道灯具的清洗方式往往很难把光输出面清洗干净，这在一定程度上影响了使用功能。这种出光面不易清洁的缺陷虽然不会造成对产品标准的不符合，但很容易引起使用方的抵触思想。2、道路灯具的配光不合理本次招标的 LED 灯具配光不合理的情况很普遍，主要表现在：（1） 灯具呈现余弦配光灯具的配光在沿着道路行车方向呈现余弦形状，第一标段中类似此类配光的有 19 批，占 23.8。这显然不符合道路照明的配光要求，此类灯具根本没有发挥 LED 多光源且具有定向光输出的特性，此类灯具如果用
11、在道路上，就会出现灯具底下照度充足甚至过度，而两个灯具的交叉处照度不足，整个路面照度均匀度不满足标准要求的状况。（2） 没有满足非机动车道的照度要求有的灯具的配光在沿着道路行车方向的机动车道上配光很好，但没有注意非机动车道的照度要求，所以依然不能全面符合道路照明的配光要求。二、LED 控制装置方面的问题图 1 是 LED 的道路灯具采用的一个 LED 控制装置（驱动电路）的电路图，在目前LED 道路灯具中 80左右都采用这一电路。这一电路在电磁兼容的功能方面，采用了有源功率因数校正电路和共模、差模滤波电路，所以其谐波和电源端子干扰（EMI）等指标都能可靠达到标准要求。但是其防雷电干扰方面却存在
12、明显的缺陷。图 1 目前普遍采用的 LED 控制装置（驱动电路）的电路图1、雷电的差模干扰、防护要求和对策我们知道，雷电发生时，会向空中发射一个广谱的无线电波，这一电波被架空的电源线接受，由于我国的三相四线制供电网络是采用的零线接地的极性电源供电方式，这就造成了每一单相供电线路在接受感应的雷电脉冲电压信号时，会因为两根供电线路对地泄放回路的阻抗不同而使两根导线之间产生一个差模（即输入两根电极之间）的雷电脉冲电压干扰信号，这一差模干扰信号在到达整流二极管时，只要高于二极管的最高反向耐压，整流电路就会被瞬时击穿损坏。在电路中，EMI 防护的 LC 电路对雷电感应信号稍有一些削弱的作用，但主要是依靠
13、并联在电路输入端的压敏电阻（图中 MOV1 和 MOV4）来防护雷电感应的差模干扰。控制装置对差模防雷电感应的需求是，压敏电阻在正常工作时应处于高阻状态，当差模雷电信号到来时，削弱这一信号的幅值使雷电信号小于整流二极管的最大反向耐压，这一电路在这一方面依然是比较成功的。2、雷电的共模干扰防护需求及对策雷电发射的无线电波在被架空的电源线接收后，因为每一导线对瞬时感应的雷电信号泄放回路都存在一个阻抗，所以同时会产生一个两极对地之间的共模干扰信号，电路图中采用 MOV2、 MOV3 和 RAI 组成的对地泄放回路来解决这一问题。当共模的雷电感应信号在 500600V 时，压敏电阻和防雷管动作，把雷电
14、感应信号幅值削低。单纯从雷电防护角度讲这一电路是可行的，但是，由于这一电路的存在，却破坏了整个控制装置的基本绝缘和防触电要求。众所周知，电器中的接地端子在通电工作时都是能被触及的，在防触电指标方面，都是采用双重保险的方法，例如防触电保护类的灯具，是由基本绝缘加外部可触及金属的接地来实现双重保险。这样当外部接地连接线被断开时，还有基本绝缘作为保障，在这一电路中对于输入电路与接地端子之间连接的元件，实际是“跨接”了基本绝缘，对于这种跨接基本绝缘的元件或组合件，在 GB19510.14/IEC61347-2-13（LED 控制装置的安全要求）标准及引用的 GB8898/IEC60065 标准中有严格
15、的要求，规定跨接基本绝缘的电容应是 Y2 电容，其直流或峰值耐压可达 6KV，规定跨接强化绝缘的电容应是 Y1 电容，其直流或峰值耐压可达 8KV，以做到万无一失。从图中可看出，在 EMI 的防护电路中，以及输入/输出的隔离方面，都采用了 Y1 电容和光电隅合器，这是符合要求的，但同样是跨接基本绝缘的 MOV2、MOV3 和 RAI 组成的防雷电路，则根本不符合作为跨接基本绝缘的元件要求，对于跨接基本绝缘的组合件，应经得起基本绝缘所要求的介电强度，而该电路中采用的防雷管 RAI 显然不能达到这一要求，当防雷管处于导通状态时，两个压敏电阻就变成直接跨接基本绝缘的电阻，对于此类电阻，GB8898/
16、IEC60065 标准 14.1 中有明确规定，电阻的阻值在过载时应足够稳定，并且电阻上应明显看得出（或可确定），其两个电极之间的电气间隙应3mm，从上述这两条要求来看，压敏电阻在过载时阻值骤变并且两个电极之间的电气间隙不到 3mm,显然不符合这些要求。LED 控制装置共模防感应雷电的需求是，因为电路（基本都在 PCB 板上）与壳之间应具备基本绝缘，所以在基本绝缘的介电强度阀值（2U1000V，基本为 1440V）下，是其自身能抵抗的，不需要防感应雷电电路过早地起作用, 防感应雷电电路过早地起作用降低了基本绝缘的抗电抗度要求，从理论上讲，防感应雷电电路的动作阀值应在2U1000V 以上才起作用
17、。在实际应用中，控制装置线路板及各元件与壳之间的电气间隙应保持在 3mm 以上，在外壳较薄易形变的位置及电气间隙可能变化的场合还应加有抗电强度达 3000V 以上的绝缘内衬（聚酯薄膜），使 LED 控制装置的抗电强度能可靠达2200V（有效值）以上。而把防雷电感应器件的动作阀值控制在 2500V（峰值）左右，即基本绝缘能力和防感应雷电的动作阀值有一个交叉的区域，这样就能保证 LED 控制装置既具有良好的防感应雷电的功能，又具有完全符合标准要求的抗电强度及防触电特性。人类的防雷电的能力是有限的，只能基本防止感应雷电对 LED 控制装置的破坏作用，而如果是雷电直接击中，是无法防止其损坏的。3、其它
18、主要存在的问题作为道路灯具用的 LED 控制装置，应该全面符合 GB19510.14/IEC61347-2-13（LED 控制装置安全要求）；IEC 62384:2006（LED 控制装置性能要求）；EMI（对外干扰的限值）和 EMS（抗干扰能力）的要求，但从本次投标的产品来看，大部分的产品除了上述的问题外，都还存在下列明显的不足：（1）产品上缺少起码的标识作为具有独立外壳的内装式或独立式控制装置，产品标识是指导人们正确安装、使用和维修的重要内容，也是在一定程度上决定试验的限值及合格与否的重要依据（例如 tc 值），但本次 LED 道路灯具用的控制装置的标识全部不符合要求（不齐全），灯具上的标
19、识也基本都不符合标准要求。（例如 IP、功率等都不齐全）（2）控制装置内部的防电距离电气间隙要求及抗电强度要求对控制装置，本条要求的对象是输入导线和电路对地（壳）之间，对于输入/输出隔离式或输出为 SELV（50V 以下安全特低电压），还有输入与输出之间以及输出对地之间。从控制装置的有关标准中解读出来的一般（二级污染）要求是：a、输入两导线之间，在没经过保险丝及 LC 电路前，爬电距离应保持在2.5mm。电气间隙应1.7mm ，无抗电强度要求。b、输入电路及与之相连接的电路与地（壳之间），爬电距离2.5mm，电气间隙1.7mm，应承受 2U+1000V 的抗电强度试验。（U 为工作电压）c、对
20、于输出为安全特低电压（SELV）或隔离式输出电路，其输入/输出之间的爬电距离和电气间隙应6.5mm ，这要求不仅体现在线路板上，还体现在隔离变压器引出脚和隔离变压器内部以及元器件的引出脚之间，抗电强度 3750V。对于输入输出间的隔离绝缘层厚度，应0.4mm 。d、输出电路对地之间，如果输出电压 50V（有效值），爬电距离1.2mm，电气间隙0.2mm 。输出电压42V（有效值），抗电强度 500V。如果输出电压如50V 但小于上一档的电压值，可采用直线插入法来确定爬电距离和电气间隙的数值，抗电强度 2U+1000V（这里的 U 为输出电压）。从目前检测到的大部分的样品来看，基本都不能全面满足
21、上述的要求。四、归纳和总结LED 照明器具是一个新兴的产品，它的设计和制造既需要传统照明行业的知识，又需要有关 LED 器件方面的知识。由于我国行业分隔的历史情况，导致了传统照明器具制造行业的人不熟悉 LED 器件的特征，而传统的半导体器件制造人员不熟悉照明器具的安规要求。知识面的不齐全造成了设计输入的明显不足，这也必然导致所设计的产品先天的缺陷。从本质上看，这是目前行业急功近利及浮躁心理的表现。这种浮躁心理另外的表现形式是，对已有的对 LED 照明器具完全适用的国内外有关标准视而不见，口头却还说着照明 LED 器具没有标准。还有，为所谓争得先机而急促制订的技术上漏洞百出的地方标准。这些做法在
22、很大程度上阻碍了我国 LED 照明行业的健康发展，并且将导致本行业进步与发展道路上的更大的反复。在这里敬请目前 LED 照明行业的从业人员能关心本文作者半年前发表的普通照明用 LED 及其最终产品应用标准的识别和完善论文。经济全球化的情况使我国的 LED 照明产业必须要走国际化的道路（包括产品标准的采纳及应用技术），必须遵循和吸收国际上所有有益的标准，规范及产品先进的设计和制造技术，并应用与发展，这样才能使这一行业综合水平进入世界前列。我国目前在这一方面的技术能力，只能在 IEC 标准及 CIE 标准体系框架的基础上创新才符合我国 LED 照明产业目前和长远的利益。五、发展与展望LED 照明产
23、业作为一个新兴的产业，受到欧美等发达国家的高度重视，美国 DOE 已颁布了能源之星对 LED 道路照明灯具的有关要求，LED 道路灯具在满足安全、EMC 、配光及使用要求的前提下，光效达 60lm/W 以上才认为具有推广价值。欧盟最新颁布的EUP 指令 244 号及 245 号决议不仅对 LED 照明器具提出了能效要求，而且还对传统的照明电器提出了分阶段的，不断提高的环保要求和能效要求。目前我国从事 LED 照明器具制造的走在前列的企业，如能认真识别国内外有关 LED 照明器具的标准要求和征询LED 照明器具使用单位合理的使用要求，改进产品设计，在满足安规、EMC 等要求的前提下，是完全能达到
24、美国能源之星及欧盟有关的环保能效及使用功能的各项要求的。在某些应用领域能赶上或超过采用传统光源的灯具，好的 LED 照明灯具，在较长时间的使用过程中，能体现出节能高效及维护成本低的优势。可以展望，在景观照明领域和大屏幕显示领域，LED 将是一枝独秀的局面。但在普通功能性照明领域，在相当长的一段时期内，应是各种高效照明器具争雄百花齐放的局面。参考文献：1、IEC61347-2-13 灯的控制装置第 2-13 部分：LED 模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求2、IEC62384 LED 模块用直流或交流电子控制装置性能要求3、CIE 121 灯具的光度学和分布光度学4、CIE 127 LED 的测量
