LED路燈防浪涌干擾設(shè)計(jì)中的絕緣耐壓?jiǎn)栴}

　　防浪涌或防瞬變干擾常用的器件有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻、硅瞬變電壓吸收二極管和固體放電管幾種，以及它們的組合。LED 路燈防雷電干擾電路及其裝置一般與LED 控制裝置成為一體，常用的有氣體放電管和壓敏電阻的組合。

?本文闡述了目前LED 路燈常用的防浪涌或防瞬變抑制電路的原理，指出了具有防浪涌干擾功能的LED 路燈普遍存在的絕緣耐壓?jiǎn)栴}。提出LED 路燈的EMS 設(shè)計(jì)應(yīng)建立在滿(mǎn)足安全要求的基礎(chǔ)上的理念。強(qiáng)調(diào)了LED 路燈設(shè)計(jì)輸入的充分性。

　　一、氣體放電管和壓敏電阻組合構(gòu)成的抑制電路原理

　　由于壓敏電阻（VDR）具有較大的寄生電容，用在交流電源系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生可觀的泄漏電流，性能較差的壓敏電阻使用一段時(shí)間后，因泄漏電流變大可能會(huì)發(fā)熱自爆。為解決這一問(wèn)題在壓敏電阻之間串入氣體放電管。圖1 中，將壓敏電阻與氣體放電管串聯(lián)，由于氣體放電管寄生電容很小，可使串聯(lián)支路的總電容減至幾個(gè)pF。在這個(gè)支路中，氣體放電管將起一個(gè)開(kāi)關(guān)作用，沒(méi)有暫態(tài)電壓時(shí)，它能將壓敏電阻與系統(tǒng)隔開(kāi)，使壓敏電阻幾乎無(wú)泄漏電流。但這又帶來(lái)了缺點(diǎn)就是反應(yīng)時(shí)間為各器件的反應(yīng)時(shí)間之和。例如壓敏電阻的反應(yīng)時(shí)間為25ns，氣體放電管的反應(yīng)時(shí)間為100ns，則圖2 的R2、G、R3 的反應(yīng)時(shí)間為150ns，為改善反應(yīng)時(shí)間加入R1 壓敏電阻，這樣可使反應(yīng)時(shí)間為25ns。

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　　金屬氧化物壓敏電阻（MOV）的電壓-電流特性見(jiàn)圖3，金屬氧化物壓敏電阻（MOV）特性參數(shù)見(jiàn)表1。氣體放電管（GDT）的電壓-電流特性見(jiàn)圖4，氣體放電管（GDT）特性參數(shù)見(jiàn)表2。

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　　由于浪涌干擾所致，一旦加在氣體放電管兩端的電壓超過(guò)火花放電電壓（圖4 的u1）時(shí)，放電管內(nèi)部氣體被電離，放電管開(kāi)始放電。放電管端的壓降迅速下降至輝光放電電壓（圖4 的u2）（u2 在表2 中的數(shù)值為140V 或180V，與管子本身的特性有關(guān)），管內(nèi)電流開(kāi)始升高。隨著放電電流的進(jìn)一步增大，放電管便進(jìn)入弧光放電狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，管子兩端電壓（弧光電壓）跌得很低（圖4的u3）（u3 在表2 中數(shù)值為15V 或20V，與管子本身的特性有關(guān)），且弧光電壓在相當(dāng)寬的電流變動(dòng)范圍（從圖4 的i1→i2 過(guò)程中）內(nèi)保持穩(wěn)定。因此，外界的高電壓浪涌干擾，由于氣體放電管的放電作用，被化解成了低電壓和大電流的受保護(hù)情況（u3 和i2），且這個(gè)電流（從圖4 的i2→i3）經(jīng)由氣體放電管本身流回到干擾源里，免除了干擾對(duì)燈具可能帶來(lái)的危害。隨著浪涌過(guò)電壓的消退，流過(guò)氣體放電管的電流降到維持弧光放電狀態(tài)所需的最小值以下（約為10mA~100mA，與管子本身的特性關(guān)）,弧光放電便停止，并再次通過(guò)輝光放電狀態(tài)后，結(jié)束整個(gè)放電狀態(tài)（熄弧）。

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　　二、具有防浪涌干擾功能的 LED 路燈普遍存在的絕緣耐壓?jiǎn)栴}

　　1、燈具耐壓?jiǎn)栴}存在的現(xiàn)狀

　　在采用上述氣體放電管和壓敏電阻組合構(gòu)成的抑制電路防浪涌干擾的LED路燈普遍存在的絕緣耐壓?jiǎn)栴}是在燈具的帶電部件與金屬部件之間不能承受2U+1000（V）的基本絕緣的電壓，常見(jiàn)在600V 左右發(fā)生擊穿現(xiàn)象。造成絕緣耐壓?jiǎn)栴}的根源是氣體放電管的耐壓參數(shù)選擇不合理所致。與其說(shuō)是LED 路燈存在的絕緣耐壓?jiǎn)栴}，倒不如說(shuō)是LED 控制裝置存在的絕緣耐壓?jiǎn)栴}。因?yàn)榉览擞扛蓴_電路通常位于LED 控制裝置中。帶有防浪涌干擾功能的LED 控制裝置應(yīng)符合GB 19510.14-2009《燈的控制裝置第 14 部分：LED 模塊用直流或交流電子控制裝置的特殊要求》和GB19510.1-2000《燈的控制裝置第 1 部分：一般要求和安全要求》。2、耐壓?jiǎn)栴}存在的疑問(wèn)及其解答

　　制造商往往會(huì)對(duì)絕緣耐壓的試驗(yàn)方法產(chǎn)生疑問(wèn)，認(rèn)為氣體放電管和壓敏電阻的串聯(lián)電路在絕緣耐壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)該斷開(kāi)。

　　疑問(wèn)主要來(lái)自于以下兩個(gè)理由：疑問(wèn)理由 1：GB 7000.1-2007《燈具－第1 部分:一般要求與試驗(yàn)》的“10.2絕緣電阻和電氣強(qiáng)度”中規(guī)定：“進(jìn)行這些試驗(yàn)時(shí)，下述部件應(yīng)斷開(kāi)，使試驗(yàn)電壓加到部件的絕緣上，而不是加到這些部件的電容或電感功能元件上：a) 旁路連接的電容器；b) 帶電部件和燈具殼體之間的電容器；c) 連接在帶電部件之間的扼流圈和變壓器。”圖2 中的L-R2-G-PE 或N-R3-G-PE 是否應(yīng)該斷開(kāi)？

　　對(duì)于上述 GB7000.1-2007 中10.2 試驗(yàn)時(shí)要斷開(kāi)的部件是指燈具點(diǎn)燈電路中附加的電容或組件，而不包括LED 控制裝置（部件）中的元器件。LED 控制裝置的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)依據(jù)GB 19510.14-2009 和GB19510.1-2000 標(biāo)準(zhǔn)的要求。燈具在進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，控制裝置中的電容或組件不應(yīng)斷開(kāi)。

　　GB 7000.1-2007 中10.2 的a)和b)電容器在燈具耐壓試驗(yàn)時(shí)斷開(kāi)，不是沒(méi)有耐壓要求，實(shí)際在燈具結(jié)構(gòu)中就有明確要求，如GB 7000.1-2007 中4.10.1 雙重絕緣和加強(qiáng)絕緣中規(guī)定：“抑制干擾電容器應(yīng)符合GB/T 14472 的規(guī)定，并且其連接方式應(yīng)符合IEC 60065:2001 中8.6 的要求。” GB/T 14472-1998《電子設(shè)備用固定電容器第 14 部分:分規(guī)范抑制電源電磁干擾用固定電容器》表1B 規(guī)定：Y1 電容應(yīng)用于跨接在雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣之間、額定電壓≤250V、峰值脈沖電壓8.0kV；，Y2 電容應(yīng)用于跨接在基本絕緣或補(bǔ)充絕緣之間、額定電壓：150V≤U≤250V、峰值脈沖電壓5.0kV；Y3 電容應(yīng)用于跨接在基本絕緣或補(bǔ)充絕緣之間、額定電壓：150V≤U≤250V；Y4 電容應(yīng)用于跨接在基本絕緣或補(bǔ)充絕緣之間、額定電壓<150V、峰值脈沖電壓2.5kV。根據(jù)跨接絕緣的類(lèi)型等確定相應(yīng)分類(lèi)等級(jí)的電容，實(shí)際在燈具結(jié)構(gòu)中就提出了相應(yīng)絕緣對(duì)應(yīng)的電容耐壓等級(jí)的要求。

　　圖 2 中的電源一帶電部件-R2-G-接地回路或電源另一帶電部件-R3-G-接地回路顯然不是在絕緣耐壓或電氣強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)應(yīng)該斷開(kāi)的對(duì)象。

　　疑問(wèn)理由 2：IEC 60950-1:2005《信息技術(shù)設(shè)備的安全第 1 部分：一般要求》“5.2 抗電強(qiáng)度”中的“5.2.2 試驗(yàn)程序”中注4 規(guī)定：“與被試絕緣并聯(lián)提供直流通路的元件（例如濾波電容器的放電電阻、限壓裝置或浪涌吸收器）應(yīng)斷開(kāi)。”圖2 中的L-R2-G-PE 或N-R3-G-PE 是否應(yīng)該斷開(kāi)？

　　上述元件的斷開(kāi)限壓裝置或浪涌吸收器僅指壓敏電阻（VDR）（例如圖2 中的R1），未涉及氣體放電管和壓敏電阻的串聯(lián)電路（圖2 中的電源一帶電部件-R2-G-接地回路或電源另一帶電部件-R3-G-接地回路）。理由是IEC 60950-1:2005 中“1.5.9 浪涌吸收器” 中“1.5.9.1 一般要求”規(guī)定：“二次電路允許使用任何形式的浪涌吸收器，包括壓敏電阻（VDR）。用于一次線(xiàn)路的浪涌吸收器應(yīng)是一個(gè)VDR（壓敏電阻）且VDR 符合該標(biāo)準(zhǔn)附錄Q。VDR 有時(shí)指Varistor(壓敏電阻)或金屬氧化物壓敏電阻（MOV）。例如氣體放電管、碳?jí)K和非線(xiàn)性的電壓/電流特性的半導(dǎo)體裝置等的裝置，在本標(biāo)準(zhǔn)中均不被視作VDR。”

　　對(duì)于什么絕緣下可以使用VDR ，什么絕緣下不可以使用VDR ，IEC60950-1:2005 的1.5.9.3、1.5.9.4 和1.5.9.5 規(guī)定如下：

　　（1）允許用一個(gè)VDR跨接功能絕緣。
　　（2）允許用一個(gè)VDR，其一側(cè)接地，跨接基本絕緣。

　　VDR跨接基本絕緣這種設(shè)備應(yīng)是下列一種：
　　- B型可插式設(shè)備；或
　　- 永久性連接式設(shè)備；或
　　- 具有永久連接保護(hù)接地導(dǎo)體裝置的設(shè)備且提供該導(dǎo)體的安裝說(shuō)明書(shū)。

　　（3）不允許用一個(gè)VDR跨接附加絕緣、雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣。為防止最大連續(xù)電壓以上的暫態(tài)電壓、由于在VDR 內(nèi)的泄漏電流的熱過(guò)載以及萬(wàn)一短路故障時(shí)VDR 的燃燒和爆炸，IEC 60950-1:2005 的1.5.9.2 規(guī)定應(yīng)與VDR 串聯(lián)連接一個(gè)具有足夠熔斷能力的斷路裝置。浪涌吸收器作為設(shè)備的差模保護(hù)情況，還是作為共模保護(hù)情況，對(duì)安全來(lái)說(shuō)情況是不一樣的。差模保護(hù)是指在電源的一極與另一極之間提供的抗干擾保護(hù)，保護(hù)對(duì)象是設(shè)備，不涉及人身安全保護(hù)。共模保護(hù)是指在電源的任一極與電源的接地之間提供的抗干擾保護(hù)，除了保護(hù)設(shè)備以外，更重要的涉及人接觸設(shè)備時(shí)的安全。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，首先應(yīng)保證安全，然后再考慮滿(mǎn)足EMS的要求。

　　3、LED 控制裝置標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于耐壓的試驗(yàn)方法

　　作為 LED 控制裝置，應(yīng)符合GB 19510.14-2009《燈的控制裝置第 14 部分：LED 模塊用直流或交流電子控制裝置的特殊要求》標(biāo)準(zhǔn)的要求，而無(wú)論是GB19510.14-2009 還是其引用標(biāo)準(zhǔn)GB19510.1-2000《燈的控制裝置第 1 部分：一般要求和安全要求》的“介電強(qiáng)度”中沒(méi)有斷開(kāi)部件的規(guī)定。

　　4、OSM/EE 有關(guān)絕緣耐壓的決議

　　EN 60950《信息技術(shù)設(shè)備的安全》和EN 60950-1《信息技術(shù)設(shè)備的安全第1 部分：一般要求》中1.5.1 有關(guān)的No.98/2 的OSM/EE（歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)電工設(shè)備操作員工會(huì)議）就電源上壓敏電阻的使用決議指出：“在電源與保護(hù)地之間的與避雷器或氣體放電管串聯(lián)的壓敏電阻（壓敏電阻不必單獨(dú)認(rèn)證）的組合應(yīng)符合基本絕緣（如電氣強(qiáng)度和對(duì)避雷器或氣體放電管的外部爬電距離）且有防止短路的保護(hù)裝置。1. A 型可插式設(shè)備：所有國(guó)家接受。2. B 型可插式設(shè)備和永久性連接式設(shè)備：所有國(guó)家接受。”上述 OSM/EE 就電源上壓敏電阻的使用決議清楚地證明了LED 路燈在帶電部件與金屬部件之間進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，圖2 中的圖2 中的L-R2-G-PE 或N-R3-G-PE不應(yīng)該斷開(kāi)。

　　5、絕緣耐壓?jiǎn)栴}的解決方案

為了使 LED 路燈能夠滿(mǎn)足安全要求，氣體放電管的耐壓選擇至關(guān)重要，應(yīng)該選取足夠耐壓的氣體放電管與壓敏電阻配套，壓敏電阻和氣體放電管串聯(lián)電路（如圖1）應(yīng)能夠承受基本絕緣的耐壓。幾種氣體放電管的直流火花放電電壓和交流擊穿電壓的關(guān)系見(jiàn)表3，氣體放電管的直流火花放電電壓一般應(yīng)選不低于2500V。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　1、LED 路燈的EMS 設(shè)計(jì)應(yīng)建立在滿(mǎn)足安全要求的基礎(chǔ)上，不應(yīng)以犧牲安全作為代價(jià)，換取滿(mǎn)足EMS 的要求。安全要求不是達(dá)不到，恐怕是不知道。

　　2、LED 路燈設(shè)計(jì)輸入必須充分。

　　（1）LED 路燈的安全必須符合GB 7000.5-2005《道路與街路照明燈具安全要求》和GB 7000.1-2007《燈具第 1 部分: 一般要求與試驗(yàn)》；

　　（2）LED 路燈的性能可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24827-2009 《道路與街路照明燈具性能要求》和GB/T 9468-2008《燈具分布光度測(cè)量的一般要求》；

　　（3）LED 路燈的EMI 需要符合GB 17743-2007《電氣照明和類(lèi)似設(shè)備的無(wú)線(xiàn)電騷擾特性的限值和測(cè)量方法》、GB 17625.1-2003《電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值(設(shè)備每相輸入電流≤16A)》和 GB 17625.2-2007《電磁兼容限值對(duì)每相額定電流≤16A 且無(wú)條件接入的設(shè)備在公用低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓變化、電壓波動(dòng)和閃爍的限制》；

　　（4）LED 路燈的EMS 需要符合GB/T 18595-2001《一般照明用設(shè)備電磁兼容抗擾度要求》。

本文地址:http://m.xsypw.cn/article/83/116/2010/20100419216305.html

　　參考文獻(xiàn)

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