裘繼紅 李 妹 俞安琪

(國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(上海)，國(guó)家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司，上海201114)

1 引言

隨著LED照明產(chǎn)品日新月異的發(fā)展，IEC61347/GB19510系列標(biāo)準(zhǔn)和IEC60598/GB7000系列標(biāo)準(zhǔn)在制修訂時(shí)也越來越多的考慮將對(duì)這類產(chǎn)品的要求融入標(biāo)準(zhǔn)中。下面簡(jiǎn)單介紹IEC 60598—1∶2008、IEC61347—1∶2011及34C_990e_CDV中部分對(duì)LED控制裝置及LED燈具的要求以及美國(guó)能源之星中提出的Tmp點(diǎn)的概念。

2 幾個(gè)新的術(shù)語和定義，給LED照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)和檢測(cè)重新劃定了新的限值

2.1 功能接地

新的功能接地符號(hào)見圖1。在Ⅱ類燈的控制裝置或者燈具中，沒有安全接地，但是為了有助于熒光燈的啟動(dòng)和/或避免控制裝置的無線電干擾而需要接地，這種接地的端子，必須用上述符號(hào)表示，以明顯區(qū)別于安全接地。又因?yàn)榻拥囟俗邮悄軌虮挥|及的，所以新標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)又規(guī)定，控制裝置的功能接地極其連接應(yīng)與帶電部件具有雙重或加強(qiáng)絕緣，以繼續(xù)保持Ⅱ類電器的帶電部件與可觸及部件的絕緣要求。

圖1 新的功能接地符號(hào)

2.2 特低電壓(ELV)

是指導(dǎo)體(電極)之間或任一導(dǎo)體與地之間的電壓不超過50 V交流有效值或無紋波的120 V直流。但是，僅是特低電壓還不具備可以被人直接觸及的要求，只有是安全特低電壓并符合下述要求，才能被觸及。

其中，“無紋波”定義為一個(gè)有效值紋波電壓不超過直流電壓的10%;

額定120V的無紋波直流系統(tǒng)中最大峰值不超過140V;

額定60V的無紋波直流系統(tǒng)中最大峰值不超過70V;

額定30V無波紋直流系統(tǒng)中最大峰值不超過35V。

2.3 安全特低電壓(SELV)

輸出電壓既是特低電壓(ELV)，并且在線路中輸出端對(duì)于主電源是隔離的，其絕緣不低于IEC61558－2－6的安全隔離變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間的絕緣。對(duì)于安全特低電壓是否能被人直接觸及還有以下規(guī)定:

(1) 最大電壓低于50 V交流有效值或無紋波的120直流。當(dāng)允許直接接觸導(dǎo)電部分時(shí)，新標(biāo)準(zhǔn)又規(guī)定:如果特低電壓輸出電極一個(gè)是絕緣的，另外一個(gè)是裸露的，那么限值是50 V交流或120 V直流，這一例子見圖2;如果兩個(gè)輸出電極都是裸露的，那么限值是25V交流或60 V無紋波的直流。

(2) 當(dāng)光源的驅(qū)動(dòng)電源來自安全隔離變壓器時(shí)，在空載和滿負(fù)載之間任一負(fù)載情況下，都不應(yīng)超過電壓限值。

新標(biāo)準(zhǔn)闡述的這些新術(shù)語和定義既沿襲了原標(biāo)準(zhǔn)對(duì)交流安全特低電壓的規(guī)定，又增加了對(duì)直流安全特低電壓的內(nèi)容，同時(shí)還對(duì)可觸及的導(dǎo)電部件的電壓值作了詳細(xì)且嚴(yán)密的規(guī)定。上述這些要求，給許多照明電器尤其是LED控制裝置和LED燈具的設(shè)計(jì)和檢測(cè)重新劃定了新的限值。

圖2

3 安全標(biāo)準(zhǔn)主要的變化

新版IEC61347和IEC60598標(biāo)準(zhǔn)的主要變化如下:

3.1 獨(dú)立式控制裝置接地端子的要求

對(duì)于Ⅰ類獨(dú)立式控制裝置，當(dāng)其與燈腔分離并通過導(dǎo)線連接工作時(shí)，允許燈腔的接地通過該控制裝置內(nèi)的通道來實(shí)現(xiàn)，但是該控制裝置接地輸出端子的符號(hào)見圖3。

在這一前提下，接地端子輸入和輸出之間3種情況的導(dǎo)體應(yīng)經(jīng)受以下試驗(yàn):

圖3

(1) 如果經(jīng)由印刷線路板的敷銅線路條提供保護(hù)接地的(藍(lán)色路徑)，接地端子與每一可以觸及的金屬件之間應(yīng)通以25A交流電流1分鐘，以考核敷銅線路條在模擬的短路電流下是否因過載而發(fā)生冒煙和著火現(xiàn)象，試驗(yàn)后，接地電阻應(yīng)不超過0.5 Ω。典型的例子是可觸及的外殼——敷銅線路條——接地端的的結(jié)構(gòu)(見圖4)。

(2) 如果是采用環(huán)路或通過式導(dǎo)線連接的接地(黑色路徑)，應(yīng)符合IEC 60598－1，5.3.1.1和第7章要求，連接導(dǎo)線的最小線徑為1.5mm2以及還有接地端子/材料/連接/緊固鎖定等要求，接地電阻≤0.5 Ω。

(3) 如果接地是通過外殼連接的(紅色路徑)，要求同上述(2)。

圖4

對(duì)于內(nèi)裝式控制裝置，允許內(nèi)裝式控制裝置通過安裝在燈具的接地金屬上來接地，不允許燈具或其他裝置通過內(nèi)裝式控制裝置來接地。

3.2 防觸電(電擊)要求

SELV控制裝置可以在該線路中有兩個(gè)可觸及的導(dǎo)電部件見圖5，但應(yīng)滿足下面條件:

(1) 在帶負(fù)載時(shí)額定輸出電壓不超過25 V交流有效值或無紋波的60 V直流。

(2) 如果電壓超過25 V交流有效值或無紋波的60 V直流，則按照IEC 60598－1附錄G的要求進(jìn)行測(cè)量，接觸電流不應(yīng)超過交流0.7 mA(峰值)和/或直流2.0 mA，并且無負(fù)載輸出電壓不超過35 V有效值或無紋波的60 V直流對(duì)應(yīng)的峰值電壓的限值。

(3) 如果電壓或電流超過上述給出值，SELV線路中至少一個(gè)導(dǎo)電部件應(yīng)用絕緣隔離，該絕緣能承受500V有效值歷時(shí)1min的試驗(yàn)電壓。

—對(duì)于非普通燈具，標(biāo)稱電壓不超過12V有效值或30 V無波紋直流。

3.3 絕緣電阻與電氣強(qiáng)度

絕緣電阻部分沒有變化，即基本絕緣和附加絕緣的絕緣電阻≥2MΩ，雙重或加強(qiáng)絕緣的絕緣電阻≥4MΩ。但是，對(duì)于初級(jí)和次級(jí)線路之間的絕緣應(yīng)≥5 MΩ。

電氣強(qiáng)度的要求見表1，表格中括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)是舊標(biāo)準(zhǔn)的耐壓值，從電氣強(qiáng)度的新、舊指標(biāo)看，附加絕緣和雙重或加強(qiáng)絕緣的電氣強(qiáng)度有明顯的降低。

圖5

表1 電氣強(qiáng)度的要求

3.4 爬電距離和電氣間隙

新版標(biāo)準(zhǔn)在爬電距離和電氣間隙方面有較大的放寬，表2中的要求欄中帶下劃線的限值都是修改后的放寬數(shù)據(jù)，其中常用的250V列中，括號(hào)內(nèi)的限值是舊標(biāo)準(zhǔn)中的爬電距離和電氣間隙限值，而新版標(biāo)準(zhǔn)的限值是帶下劃線的放寬數(shù)據(jù)。

表2 交流50 Hz/60 Hz正弦電壓下的最小距離

3.5 照明電器安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)變化的小結(jié)

從照明電器安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)變化看，有兩個(gè)明顯的特點(diǎn):

(1) 安全要求有明顯的降低，這主要是因?yàn)檫^高的安規(guī)要求勢(shì)必引起LED模組與散熱器貼合的熱阻變大，造成LED光效降低，光衰加快。適當(dāng)降低安規(guī)要求既有利于LED模組的光效和光衰指標(biāo)，也能符合起碼的安全要求。

(2) IEC61347/GB19510系列標(biāo)準(zhǔn)和IEC60598/GB7000系列標(biāo)準(zhǔn)在上述方面的要求更加趨向于一致，這將使控制裝置與燈具配合方面不會(huì)產(chǎn)生相互矛盾的情況。

值得指出的是，上述標(biāo)準(zhǔn)的這些變化，在國(guó)際上已經(jīng)實(shí)施，但是我們國(guó)標(biāo)的現(xiàn)行版本還沒有更新，所以，我們的設(shè)計(jì)和制造人員應(yīng)該有針對(duì)性地分別對(duì)待。

4 性能方面的改變

圖6是較早時(shí)候美國(guó)能源之星對(duì)LED燈具得出的驗(yàn)證結(jié)果。從該圖中可以看出當(dāng)TMP點(diǎn)的溫度為74℃時(shí)，其6000h的光通維持率為91.79%，對(duì)應(yīng)的L70的使用壽命為1.5萬小時(shí)。當(dāng)TMP點(diǎn)的溫度為63℃時(shí)，其6000h的光通維持率為94.18%，對(duì)應(yīng)的L70的使用壽命為3.57萬小時(shí)。

盡管這一利用TMP點(diǎn)的溫度與光衰的關(guān)系曲線對(duì)壽命推算的置信度還不高且有一些爭(zhēng)論，(美國(guó)能源之星最新的進(jìn)一步的驗(yàn)證結(jié)論已完善了這一推算)但LED照明產(chǎn)品的光衰和壽命與PN結(jié)工作結(jié)溫緊密相關(guān)是不容置疑的。

圖6

4.1 TMP與TP點(diǎn)標(biāo)注要求的來源和意義

美國(guó)能源之星要求LED模組的制造商對(duì)其制造的LED模組，需給出標(biāo)注的TMP點(diǎn)的溫度在55℃、85℃以及處于這兩點(diǎn)之間的預(yù)期使用溫度時(shí)的TMP點(diǎn)的溫度與光衰的關(guān)系曲線。

LED模組的封裝工序是一個(gè)自動(dòng)化程度很高的工序，所以LED模組可以接觸的外表面比較容易找到其溫度與結(jié)溫具有穩(wěn)定的函數(shù)關(guān)系TMP點(diǎn)見圖7。TMP點(diǎn)的標(biāo)注溫度是根據(jù)6000h光衰和壽命的關(guān)系，讓LED模組在預(yù)期的驅(qū)動(dòng)電流下并把結(jié)溫控制在預(yù)期使用壽命對(duì)應(yīng)溫度的點(diǎn)上時(shí)，同時(shí)測(cè)量PN結(jié)的結(jié)溫和Tp點(diǎn)的溫度，得到他們的相互函數(shù)關(guān)系的前提下才能標(biāo)注的。TMP點(diǎn)的標(biāo)注溫度應(yīng)該由LED封裝企業(yè)或有能力的實(shí)驗(yàn)室根據(jù)預(yù)期的工作條件測(cè)量后提供。

TMP點(diǎn)溫度標(biāo)注的意義在于，對(duì)于企業(yè)來講，基本都不具備測(cè)量LED結(jié)溫的能力，但是大多具備測(cè)量TMP點(diǎn)溫度的能力。企業(yè)根據(jù)上述的要求獲得正確的TMP點(diǎn)溫度和光衰曲線資料的LED模塊后，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)燈具的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合適的散熱器，以保證LED燈具在Ta的環(huán)境和正常使用的條件下，連續(xù)工作達(dá)到熱平衡時(shí)，燈具內(nèi)LED模塊的TMP點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度不高于其標(biāo)注溫度，那么，該燈具就基本能達(dá)到預(yù)期的光衰和使用壽命。

受美國(guó)能源之星的影響，歐盟新發(fā)布的燈具的性能標(biāo)準(zhǔn)中也引出了Tp點(diǎn)概念，但是其本質(zhì)上的含義與TMP類同。

圖7

4.2 TMP點(diǎn)不僅是一個(gè)標(biāo)注值，更重要的是具有承前啟后的作用

了解了TMP與Tp點(diǎn)標(biāo)注要求和意義后，不難看出TMP點(diǎn)不僅是一個(gè)標(biāo)注值，更重要的是對(duì)于LED模組的制造商和LED燈具的制造商來說具有承前啟后的作用。在評(píng)估該LED燈具的性能指標(biāo)時(shí)，燈具進(jìn)行熱試驗(yàn)時(shí)，只要測(cè)量Tp點(diǎn)溫度不超過其標(biāo)稱值，就認(rèn)為該燈具基本能達(dá)到其設(shè)計(jì)的預(yù)期使用壽命?？上У侥壳盀橹梗鞴こ贪l(fā)標(biāo)方都沒有按照這一北美和歐洲已使用的方法對(duì)工程用LED燈具進(jìn)行評(píng)估。

5 結(jié)束語

以人為本的高效節(jié)能LED照明除了滿足以上保證人們生命財(cái)產(chǎn)安全的安規(guī)要求及體現(xiàn)照明使用功能的性能要求(光效、色溫、顯色指數(shù)、使用壽命等)外，還應(yīng)該符合各項(xiàng)EMC(諧波、傳導(dǎo)和輻射騷擾、抗擾度)及照明設(shè)計(jì)要求(照度、照度均勻度和亮度、亮度均勻度;滿足眩光限值的前提下，每平方米的照明功率密度w/m2。這是最終的衡量節(jié)能程度的指標(biāo))。

只有全面符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的高效LED產(chǎn)品，才是有前途的發(fā)展方向。

［1］34C/990e/CDV．

［2］IEC 61347－1．Lamp controlgear-Part1:General and safety requirements，2011．

［3］IEC 60598－1．Luminaires-Part1:General requirements and tests，2008．

［4］LM－80．IESNA Approved Method For Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources，2008．