李柏林，羅婉霞

（廣州廣日電氣設(shè)備有限公司，廣東廣州 511447）

一種解決LED普通照明燈具電氣強度測試中拉弧或燈珠失效的方法

李柏林，羅婉霞

（廣州廣日電氣設(shè)備有限公司，廣東廣州 511447）

針對LED普通照明燈具在電氣強度測試過程中，會出現(xiàn)拉弧或燈珠失效的常見現(xiàn)象，對此現(xiàn)象從LED普通照明燈具的常見結(jié)構(gòu)分析，給出了燈具帶電部件（基板）距外殼爬電距離的安全值，并從LED本身封裝設(shè)計特點，對LED基板表面接設(shè)旁路安規(guī)電容的設(shè)計方法，有效的解決了LED普通照明燈具在電氣強度測試中拉弧或LED燈珠失效的現(xiàn)象，提高了LED燈具使用壽命，達到了安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求。

LED燈具；電氣強度；拉弧現(xiàn)象；燈珠失效；爬電距離

0 前言

當(dāng)前LED普通照明燈具的廣泛應(yīng)用，其節(jié)能、環(huán)保以及靈巧優(yōu)美的外觀設(shè)計，越來越多的被大多民眾接受并認可。但同時，各企業(yè)的產(chǎn)品安全性能也是良莠不齊，國內(nèi)及國內(nèi)地方政府對LED燈具的安全性也是三番五令的強調(diào)，并制定出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為企業(yè)及認證機構(gòu)提供產(chǎn)品設(shè)計參考及判斷標(biāo)準(zhǔn)，以來引導(dǎo)LED照明燈具行業(yè)的蓬勃健康發(fā)展。

其中，LED照明燈具安規(guī)認證中最為關(guān)鍵的測試項目為電氣強度測試，在測試過程中，LED燈具較為常見的現(xiàn)象是出現(xiàn)拉弧及燈珠失效，常因此而失去LED燈具應(yīng)有的安全性能。本文就此問題點并結(jié)合安規(guī)測試判斷標(biāo)準(zhǔn)，從LED普通照明燈具常見結(jié)構(gòu)及LED本身封裝設(shè)計進行分析，給出了燈具帶電部件（基板）距外殼爬電距離的經(jīng)驗安全值，以及對LED基板表面接入旁路安規(guī)電容的設(shè)計方法，有效的解決了LED照明燈具在電氣強度測試中拉弧或燈珠失效現(xiàn)象，提高了LED燈具使用壽命，達到了安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求。本文就此做以下闡述：

1 電氣強度測試判斷的標(biāo)準(zhǔn)

在GB7000.1-2007燈具一般要求與試驗、GB19510-2009燈的控制裝置對燈具的電氣強度測試規(guī)定中，明確要求燈具在此測試期間，不得發(fā)生拉弧或擊穿（燈珠失效）現(xiàn)象［1-2］。見表1，為不同類型燈具在電氣強度測試中的實驗電壓及判斷標(biāo)準(zhǔn)［2］。

表1 電氣強度試驗電壓及判斷標(biāo)準(zhǔn)

2 爬電距離的安全閾值

LED是一種半導(dǎo)體發(fā)光二極體，其在工作期間，大概只有30%～40%的輸入電能轉(zhuǎn)化為光能，其余60%～70%的能量主要以非輻射復(fù)合發(fā)生的點陣振動的形式轉(zhuǎn)化為熱能。這就要求在LED燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須考慮其散熱問題。一般情況下，考慮該散熱結(jié)構(gòu)的成本及加工可行性，金屬材料為其散熱部件為諸多企業(yè)采用的常見方法。（見圖1）。

圖1 LED普通照明燈具散熱基本結(jié)構(gòu)

由圖1可知，LED普通照明燈具散熱基本形式為：LED→基板→金屬散熱底座，但更多時候金屬散熱底座為LED燈具外殼。LED發(fā)出的熱量經(jīng)鋪了銅箔的基板由金屬散熱底座（外殼）散發(fā)出去。在由金屬材料作為散熱結(jié)構(gòu)的形式中，因LED燈珠以SMT形式貼片在基板上，可將LED視同基板上的銅箔，即基板上布置的銅箔（LED）與金屬散熱底座的距離是導(dǎo)致LED燈具拉弧及燈珠失效原因之一（爬電距離），基板的常見結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 基板結(jié)構(gòu)示意圖

所說的爬電距離是指基板上鋪設(shè)的銅箔離散熱基座（金屬材料）或銅箔與散熱基座連接的金屬導(dǎo)電部件的距離。在LED照明燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計中，保證足夠的爬電距離是避免LED燈具產(chǎn)生拉弧及燈珠失效的有效措施之一。表2為給出的LED燈具設(shè)計過程中有效爬電距離安全值。值得說明的是，基板的固定方式多采用金屬部件固定于散熱基座上，銅箔距金屬部件的最近距離同樣需滿足該爬電距離要求。如圖3所示，為一款基座為金屬、輸入電壓AC220V，燈具類型為II類的LED普通照明燈具，其鋁基板所設(shè)銅箔局部安全爬電距離及相關(guān)注意事項示例圖。

表2 LED燈具爬電距離安全閾值

圖3 基板設(shè)計注意事項示例圖

3 接設(shè)旁路安規(guī)電容

根據(jù)不同的應(yīng)用場合、不同的外形尺寸、散熱方案和發(fā)光效果，LED封裝形式多種多樣。當(dāng)前，LED普通照明燈具使用較多的為SMD-LED。此種封裝形式，縮小了LED燈珠的尺寸并減小了LED燈珠的重量。但同時也因尺寸體積較小，導(dǎo)致LED的正負電極離LED自身基板安全距離不足。但熱電技術(shù)封裝形式的LED因電極與LED自身基板被絕緣材料隔離確不會產(chǎn)生所述拉弧或LED燈珠失效現(xiàn)象。因此，在LED照明燈具設(shè)計過程中，除保證足夠的安全爬電距離外，LED燈珠自身封裝原因也是導(dǎo)致燈具拉弧或LED燈珠失效的原因之一。如圖4所示，在保證足夠的爬電距離后LED燈具在電氣強度測試中所產(chǎn)生的拉弧現(xiàn)象。

圖4 LED燈具拉弧現(xiàn)象

因此，解決LED普通照明燈具在電氣強度測試中所產(chǎn)生的拉弧或燈珠失效現(xiàn)象，是提高LED燈具使用壽命，達到安規(guī)要求的必要條件之一?；寮盎迳系腖ED因電氣強度測試所產(chǎn)生的電弧若能通過一種方法將其傳導(dǎo)出去，將會很好解決此類問題?；迳箱佋O(shè)旁路安規(guī)電容不失為一種可行的方法。接設(shè)的2件旁路安規(guī)電容，其中的一件一端連接LED燈珠的正極，并一端接外殼，另一件一端連接LED燈珠負極，一端接外殼。LED燈具在電氣強度測試中所產(chǎn)生的電弧經(jīng)旁路電容的存放電而傳導(dǎo)到LED燈具外殼上，有效的避免了LED燈具拉弧或燈珠失效現(xiàn)象，其旁路安規(guī)電容接設(shè)原理見圖5，LED燈具旁路安規(guī)電容接設(shè)實物詳解見圖6。接設(shè)了安規(guī)旁路電容后電氣強度測試無拉弧現(xiàn)象，具體可見圖7。接設(shè)旁路安規(guī)電容主要目的是通過旁路安規(guī)電容分別將LED正負極有效接入燈具外殼，接設(shè)的旁路安規(guī)電容共需2件。

同時，需說明的是，隨著LED燈具模組化的應(yīng)用與推廣，也有愈來愈多的以模組化為單元的整燈LED燈具出現(xiàn)于各企業(yè)。但若幾個模組拼設(shè)為整燈，在保證足夠的爬電距離后，其中一個模組接設(shè)了旁路安規(guī)電容，便可同樣解決LED照明燈具拉弧或燈珠失效現(xiàn)象。

圖5 旁路安規(guī)電容接設(shè)原理圖

圖6 LED燈具實物詳解圖

圖7 接設(shè)旁路安規(guī)電容后無拉弧

4 結(jié)論

在LED普通照明燈具設(shè)計中，根據(jù)LED燈具防觸電保護形式的類型，保證燈具基板的安全爬電距離，并通過基板上接設(shè)旁路安規(guī)電容的方法，可以有效解決LED普通照明燈具在電氣強度測試中所產(chǎn)生的拉弧或LED燈珠失效現(xiàn)象。

［1］GB7000.1-2007.燈具一般要求與試驗［S］.

［2］GB19510-2009.燈的控制裝置［S］.

A Solution for Electric Arc or Light Beads Failure in the Electric Strength Test for General Illuminative Appliances

LI Bo-lin，LUO Wan-xia
（Electricity Facilities Guangri Guangzhou Co.，Ltd，Guangzhou511447，China）

In the electric strength test for general illuminative appliances， electric arc or light beads failure is common.The author studied the structure of general LED illuminative appliances，and provided a security level for the creepage distance between the interior live parts and the exterior.From analyzing the design of a bypass safety capacitor on the LED substrate surface，the author found an effective solution to mitigate electric arc or light beads failure in the electric strength test， which extends the light span of LED illuminative appliances and conforms to the safety regulations.

LED illuminative appliances；electric strength test；electric arc phenomenon；light beads failure；creepage distance

TM923

B

1009－9492(2014)03－0081－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.025

李柏林，男，1983年生，安徽界首人，大學(xué)本科。研究領(lǐng)域：LED及LED照明燈具。已發(fā)表論文1篇。

(編輯：王智圣)

2013－09－26