程　曄

(依古姿妮照明(中國)有限公司，上海市　201401)

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IEC和UL安全標準對于LED燈具的新規(guī)定

程曄

(依古姿妮照明(中國)有限公司，上海市201401)

摘要：LED燈具技術的飛速發(fā)展導致了產品與現有標準起了沖突。產品本身結構無法符合現有標準，而標準對新的技術不能很好地規(guī)范。本文立足于與人身安全相關的燈具安全標準，分析和比較世界兩大標準體系IEC和UL，簡述了其標準IEC60598和UL8750對于LED燈具的新規(guī)定。

關鍵詞：LED燈具；安全標準；IEC60598；UL8750；Class 2

LED新技術正推動和改變整個照明行業(yè)。LED光源相較于其他傳統(tǒng)光源的明顯優(yōu)勢正加速整個市場的升級換代，LED新技術的推陳出新為這個變革中的行業(yè)推波助瀾。從路燈、室內燈具到裝飾燈具，LED燈具已經滲透到我們的日常生活中。這是照明行業(yè)最好的時代，是我們從業(yè)者的福音。當然，當我們的生活正被越來越多五花八門的LED燈具改變著的時候，我們也發(fā)現LED燈具本身與相關標準有了沖突。新的結構與原來的標準有了矛盾怎么解決，新的技術使用是否會有安全隱患，原有的標準還能否全面地規(guī)范LED燈具的安全性？對于消費者而言，他們也關心這樣的產品到底使用安全不安全、孩子使用是否安全這樣切身利益的問題，畢竟LED燈具還屬于發(fā)展中的非完全成熟產品。LED燈具標準涉及電氣安全、光生物安全、電磁兼容、壽命要求、光色要求等。而其中最為基礎的與人身安全休戚相關的安全標準往往都是各國的強制性標準。所有的問題都把矛盾焦點集中在了燈具安全標準上。這迫切的標準更新也變成了行業(yè)從業(yè)者的當務之急和首要任務。

1IEC及UL標準體系

眾所周知，歐洲和北美是LED照明技術相對比較成熟的兩大市場。它們對于LED燈具產品安全的相關研究比較系統(tǒng)和領先，并且都把標準和檢測放到極其重要的地位，以規(guī)范市場和加快LED燈具的推廣和應用。這也催生出了當今最主要的兩種燈具安全標準體系，即國際電工委員會IEC標準及美國保險商實驗室UL標準。IEC的宗旨促進電工標準的國際統(tǒng)一，其標準以推薦的形式供各國使用，并得到IEC各國家委員會的認可。我國標準就是參考了IEC標準來建立相關GB安全標準的。歐盟低電壓指令(LVD)在認證中規(guī)定所采用的協(xié)調標準EN其所引用的文件也是IEC標準。UL標準是美國保險商試驗室公司的標準，自成一體，是個區(qū)域性標準體系，美國和加拿大等北美地區(qū)使用。由于標準的差異性加上歐美市場是我國最大的燈具出口市場，對于企業(yè)實時掌握這些標準也是保證產品質量和銷售的必要條件，特別是發(fā)展中的LED燈具安全標準。

2IEC燈具安全標準

2.1　IEC燈具安全標準簡介

IEC成立于1906年，是世界上成立最早的國際性電工標準化機構。LED照明產品的相關標準由3個技術委員會制定，即TC34燈和相關設備、TC76光輻射安全和激光設備以及CISPR國際無線電干擾特別委員會(圖1)。其中燈具安全標準就歸口為TC34下屬的SC34D分技術委員會。

圖1　LED照明產品IEC標準體系Fig.1　IEC standard system of LED lighting products

IEC60598系列標準構成了IEC燈具安全標準。其分為第一部分的一般要求與試驗以及第二部分的特殊要求部分。其中第二部分一共有25個部分，涉及到23類產品標準，如下：

第2-1部分 固定式通用燈具；第2-2部分 嵌入式燈具；第2-3部分 道路和街路照明燈具；第2-4部分 可移式通用燈具；第2-5部分 投光燈具；第2-6部分 內裝變壓器的鎢絲燈燈具；第2-7部分 庭院用可移式燈具；第2-8部分 手提燈；第2-9部分 照相和電影燈具(非專業(yè)用)；第2-10部分 兒童用可移式燈具；第2-11部分 水族缸燈具；第2-12部分 電源插座安裝的夜燈；第2-13部分 地面嵌入式；第2-14部分 使用冷陰極管形放電燈(霓虹燈)和類似設備的燈具；第2-15部分 目前沒使用；第2-16部分 目前沒使用；第2-17部分 舞臺照明、電視及攝影場所(室內外)用燈具；第2-18部分 游泳池和類似場所用燈具；第2-19部分 通風式燈具；第2-20部分 燈串；第2-21部分 密封燈串；第2-22部分 應急照明用燈具；第2-23部分 鎢絲燈特低電壓照明系統(tǒng)；第2-24部分 限制表面溫度的燈具；第2-25部分 醫(yī)院和康復大樓診所用燈具。

第一部分的目的是提供一套適用于多數類型燈具的要求與試驗，并被IEC60598系列標準特殊要求部分的具體要求引用。特殊要求部分引用第一部分某章的要求時，規(guī)定了該章的適用程度、試驗順序以及一些必要的附加要求。

2.2　IEC對于LED燈具安全標準新規(guī)定

一個完整的LED燈具產品主要有機械組件、光源組件、光學組件、熱學組件、電器組件、電氣連接組件等六大組件組成。每個組件都擔負著組成LED燈具的重要部分。所以安全標準就起到了規(guī)范這些結構的作用。

目前第一部分最新標準是IEC60598-1：2014。相對于之前的版本，該版本主要就是針對LED燈具進行了修改，在該標準的前言中我們可以找到3點與LED有關的重要技術修改歸納。a)對進入市場的LED燈具，支撐起結構系統(tǒng)的要求；b)引伸出來的光生物要求；c)在不同類型電路間更具體的絕緣要求。

2.2.1結構

在新標準中，電氣結構方面的更新主要涉及如下條款：

1) 細分了螺紋密封壓蓋試驗扭矩規(guī)定(4.12.5章條)，增加了試驗棒直徑小于或等于7mm的相關要求；

2) 增加了對帶有不可替換光源的燈具的結構要求(4.29章條)，不破壞燈具及其部件應不可能替換和/或觸及帶電部件；

3)對于Ⅲ類或有SELV電路的燈具(不大于25V a.c./60V d.c.)外部接線增加了無絕緣電源線規(guī)格(表5.1)；

4)對于Ⅲ類燈具或燈具中的SELV電路(不大于25V a.c./60V d.c.)，以及用其他方式從室外環(huán)境得到保護的外部接線可以使用PVC線；

5)在符合規(guī)定的條件時，外部接線導體點截面積的要求可以降低(5.2.2章條)，不再是0.75mm2而限制了實際使用；

6)給出了允許Ⅲ類燈具SELV線路中的載流部件外露的條件，并規(guī)定III類燈具僅接受與SELV源連接(8.2.3章條)；

7)對附加絕緣、雙重絕緣和加強絕緣降低了電氣強度的試驗電壓、修改了接觸電流的要求(10.3章條)；

8)對應絕緣的爬電距離和電氣間隙數值有部分變小。

LED控制裝置需要從電源(市電或直流電源)獲取能量，并轉化為驅動LED正常工作所需的直流恒流。電氣連接組件負責把它們聯(lián)系在一起，起到橋梁作用。電氣結構組件包含各種導線(內部導線、外部導線、電源線、信號線、高溫線)(圖2)。此外，根據LED的特點還包括各種新型的器具耦合器、接線端子、其他連接方式(如焊接)等。

看似最簡單的電氣結構組件卻是標準更新的重要部分。由于在線路中有既有交流又有直流、有電力傳輸也有信號傳輸，這就給各絕緣配合提出了新課題。LED的連接需要更細的線徑，這就需要重新考慮標準條款以適應新的要求。LED的連接還可以通過焊接，這裸露的焊點對于防觸電保護也是一個需要明確的地方。

圖2　LED燈具電氣連接組件Fig.2　Electrical connection components for LED luminaire

電氣結構相關的條款放寬了LED燈具的要求，允許使用更細線徑的導線、更小的連接件以及各種電路板通過焊接或接線端子等進行相互電氣連接。作為放寬條款能順利與新的電氣結構銜接，使得LED燈具能使用適應其本身要求的小型化電氣組件而又不產生安全問題有了依據，直接推動LED燈具向小型化、電子化方向發(fā)展，使得制造商能更容易創(chuàng)新出新穎別致的LED燈具。

在新標準中，熱學結構方面的更新主要涉及如下條款：

1) 增加了安裝在伸手能觸摸到的燈具的調節(jié)裝置的要求(4.14.3 b),c)章條)

2) 增加對熱感應控制器的固定要求(4.28章條)。

為了控制LED的PN結溫度，我們會用到主動散熱(風扇)、被動散熱(鋁制熱沉)、NTC等多種手段，新標準對于這些熱學結構產生的問題起了規(guī)范作用。

現在很多LED驅動都增加NTC(Negative Temperature Coefficient)熱敏電阻對LED提供額外的熱保護，溫度過熱時主動降低LED的工作電流。新標準規(guī)定了所有燈的控制裝置外部的溫度傳感控制器都不應是插接式或其他易于替換型。它應可靠地保持在與控制裝置有關的位置上。對于粘合劑固定的溫度傳感控制器還應進行100周期的溫度變化試驗。試驗期間溫度控制器的固定不應有任何影響其進一步使用的變化，特別是相對于工作溫度。

隨著COB技術的出現，LED的功率逐步提高，在設計空間尺寸有限制的情況下，往往熱沉上的溫度很高，在調節(jié)燈具時甚至有始料不及的燙手感覺并且超過標準表12.1的限值(圖3)。新標準在權衡安全條件下給出了注釋f條款，即對于安裝說明書明確要安裝在夠不著的地方的可調節(jié)燈具，以及對于可設置燈具，調節(jié)手段的溫度限值不適用。

圖3　某燈具熱模擬結果顯示外殼溫度接近100℃Fig.3　Thermal simulation shows body temperature is close to 100℃

否則，應符合標準關于調節(jié)裝置的新規(guī)定4.14.3c)的要求，即對于打算安裝咋伸臂范圍內的燈具，距調節(jié)手段5cm以內的周圍空間應符合表12.1列出的調節(jié)手段的溫度限值，出光口除外。伸臂范圍也是新增加的概念與要求。新標準中增加了關于非伸臂范圍范圍內安裝燈具的信息要求(標準3.3.20章條)。根據1.2.82章條定義：伸臂范圍arm reach是指從人通常站立或行動的表面的任一點延伸到人不借助任何手段、從任何方向能徒手達到最大范圍。GB16895.21含有代表可觸及區(qū)域圖樣(圖4)。通常來講，從人可能出于對位置起，離地板2.5m的高度，以及所有水平方向1.25m的寬度。

圖4　GB 16895.21中伸臂范圍示意圖Fig.4　Arms reach in GB 16895.21

2.2.2光生物安全

與傳統(tǒng)光源使用反射器配光不同，LED光源通常采用透鏡、反射杯等二次光學設計。新的光學設計使得LED控光更精準，使得更多超窄光束角產品出現。多芯片集成及二次光學設計技術發(fā)展，令LED芯片功率及外量子效率日益提高，紫外和藍光波段的短波LED芯片被廣泛應用，技術與市場占有率的提高均使得LED的危害性更加顯著。與傳統(tǒng)光源比較，人們第一直觀感覺就是LED特別刺眼，隨著研究的不斷深入科學家發(fā)現了這種光對于人類的潛在危害，特別是LED光源對視網膜的危害(圖5)。這提示我們要清醒地看到LED照明對人體生物安全方面的風險。在光輻射波段中，紫外線及藍光波段對人體的危害尤為明顯。有別于日光，LED的光譜中有不同比例的紫外及藍光譜段，其中可見光藍光部分會對視網膜色素層產生損傷，過強的短波藍光容易引起視網膜上感光細胞的光化學損傷和色素上皮功能的退化，過強的輻射還會引起視網膜的熱損傷。鑒于以上問題，新版標準中增加了視網膜藍光危害的評估要求(4.29章條)。

圖5　視網膜藍光危害Fig.5　Blue light hazard in retina

目前IEC標準體系中涉及照明產品光生物危害的基礎標準是IEC 62471系列標準，由于LED照明產品涉及LED芯片、LED封裝、LED模組和LED燈具等產品鏈，如果在各個產品階段都對LED照明產品進行視網膜藍光危害評價將帶來很多重復性的工作，就此，IEC/TC34出版了技術報告IEC/TR 62778，其目的是應用IEC 62471對LED光源和燈具的藍光危害進行評價。正在制定過程中的LED光源類產品和LED燈具產品安全的IEC標準中，都引用了IEC 62778的評價方法，對LED產品的標記、結構提出安全要求。

2.2.3不同類型電路間的絕緣要求

由于LED豐富的色彩以及適宜調光的特性，越來越多的LED燈具都使用了帶有調光功能的驅動。調光線路根據調光協(xié)議不同有0~10V、DALI、DMX，而這些調光電路也與電源線路即LV電路絕緣有區(qū)別。新標準中增加了電路間絕緣的要求(4.31章條)。

3UL對于LED燈具安全標準新規(guī)定

3.1　UL燈具安全標準簡介

UL主要從事產品的安全認證和經營安全證明業(yè)務，其最終目的是為市場得到具有相當安全水準的商品，為人身健康和財產安全得到保證作出貢獻。

美國制定LED標準主要有三個標準化組織，分別是美國國家標準所(ANSI)、北美照明學會(IES)以及美國保險商試驗室(UL)。美國國家標準所主要負責固態(tài)照明產品的色度規(guī)定。北美照明學會主要負責半導體照明的電氣和光度測量以及光衰測量的標準工作。而LED成品的安全規(guī)范如燈具安全標準則由UL負責(圖6)。

圖6　美國LED照明產品標準體系Fig.6　United states standard system of LED lighting products

UL燈具安全標準與IEC不同的是其沒有通用標準，而是根據產品類別分別給予標準。每個UL標準的結構都是一般要求+補充要求+試驗要求+標志要求，其中一般要求是適用于該標準所涵蓋的所有燈具的要求，補充要求是對具體類型的燈具如熒光燈具、HID燈具、雜類燈具、特殊環(huán)境使用燈具的特殊要求。這些標準是各自獨立的，可以單獨使用。UL燈具安全標準與IEC標準結構排布方式不同，不是將考核要求和相對應試驗放在一起，而是將所有試驗集中放置在“試驗要求”中。UL安全標準也不是通用標準和特殊標準結合使用，而是在一份標準里完成全部考核。其燈具標準主要有以下11個標準。

a) UL 48信號燈；b) UL 153便攜式燈具；c) UL 676水下燈具；d) UL 924應急照明；e) UL 1573舞臺燈；f) UL 1574 軌道照明系統(tǒng) ；g) UL 1598燈具；h) UL 1786直插式小夜燈；i) UL 1838低壓景觀照明系統(tǒng)；j) UL1994 出口通道指示燈；k) UL2108 低壓照明系統(tǒng)。

3.2　UL對于LED燈具安全標準新規(guī)定

為了規(guī)范日新月異的LED照明產品，UL為其量身定做了UL8750標準《用于照明產品的LED設備的標準》。標準的制定經過了研發(fā)測試，照明行業(yè)調查，市場產品反饋等各方信息這些過程。從2007年初的8750 Issue No.1到2008年7月份的Issue No.3, 前后一共做了三次修改。2009年又經歷了一些討論，最終制定第一版本-UL 8750 第一版于2009年11月18日正式發(fā)布。

需要明確的是，UL8750是一個與其它標準并列的標準，并不屬于哪一個具體的燈具標準。在評定產品時，除了用該標準評估LED的安全性外，整個燈具產品仍然以現有的燈具標準為評定依據。例如：固定式燈具，如果使用LED作為光源，就要使用UL8750來評估LED光源本身，除此之外，還要使用UL1598來評估整個燈具的安全性能。在應用這些標準進行產品符合度評估的時候都應該同時參考UL8750，UL8750總體上來說是一個LED產品的安規(guī)指引。

UL8750對LED范圍作了比較明確的規(guī)定，限定于可見光范圍，排除了紫外、紅外光等不可見光。它也涵蓋了LED設備零部件部分，包括LED驅動、控制器、陣列、模組以及封裝。

UL8750分結構和功能特性兩大章節(jié)進行考核(如表1所示)。

結構包括環(huán)境考慮、機械結構和電氣結構等三大部分。機械結構需考核金屬外殼、具有電氣絕緣功能的聚合物外殼、絕緣層、導體保護、防應力等章條。電氣結構需考核危險帶電體的接觸性、內部導線、電源和負載的連接、電路的分離、絕緣材料、電路板、電氣間隙、電路零部件、保護裝置、線圈絕緣、Class2輸出線路等章節(jié)。

功能特性包括功能特性測試和標記兩部分。性能特性測試需考核輸入測試、溫度測試、介電強度、異常試驗、50W功率輸出點測量、泄漏電流、導線拉拔測試、輸出端子安全性、絕緣穿刺端子連接熱循環(huán)試驗、環(huán)境測試、金屬外殼機械強度測試、低電壓及限能電路狀態(tài)確認等。

UL標準中有兩個重要的概念，其明顯區(qū)別于IEC標準，一個叫Class 2電路(Class 2 circuit)，另一個是隔離低壓限能電路(LVLE)。需要注意的是同樣是為了安全標準的定義，其與IEC標準中的II類燈具和SELV安全特低電壓、ELV特低電壓、FELV功能特低電壓有明顯的區(qū)別，在使用不同標準時不要混淆。

UL8750定義的Class 2電路是指符合UL1310標準(UL1310是包含在室內和戶外使用的CLASS 2電源單元的安全標準要求)要求的隔離電源供電，或符合UL5085-3的要求的低壓Class 2和Class 3變壓器供電的電路。

根據UL1310，Class 2就是一個有限制電壓及能源容量的源。其輸入功率在任何負載情況下輸入功率都不超過660W。最大輸出電壓交流峰值42.4V ac或60Vdc。對于輸出電流和功率，UL1310也分別按照固有限制和非固有限制給出了限值。

LVLE是一種輸入和輸出之間沒有直接電氣連接的電路，如使用變壓器或光耦等，并且輸出參數需符合輸出電壓最大值峰值42.4V ac(30V rms)或60V dc，并且最大輸出電流須限制在：

a) 在峰值0~42.4V ac或0~30V dc，最大8A；b)在30~60V dc，最大150/V A。

表1　IEC60598和UL8750中相關定義區(qū)別

如果在LED燈具中使用了上述兩種線路，有些測試可以豁免。例如這兩類電路可以沒有外殼。若聚合物材料用于這兩類電路的外殼和電氣絕緣時，也不需要考慮抗沖擊、抗UV、耐燃性、材料等試驗。除了這兩類電路，其他電路都被認為存在著火風險。UL8750還對于線路板及線路板上使用的零部件作了要求規(guī)定。

對于LED燈具產品，UL主要從以下三個方面進行評估，有無觸電危險；有無火災危險；有無機械傷害。UL標準體系更為注重材料、防火等方面的考核，而IEC標準體系則對防觸電方面進行較為嚴酷的規(guī)定，這也與地區(qū)使用環(huán)境是有一定關系。在UL標準體系中，電器的額定電壓多為120V，低于IEC標準體系的230V。對于同樣功率的燈具，電壓低意味著電流大，發(fā)熱量也厲害一些，又加之北美家庭房屋多采用木質結構這一特點，因此對于材料和防火的考核就著重一些。而IEC標準體系對于防觸電方面就更加重視，對材料和結構的耐受高壓擊穿的電氣絕緣性能方面有較嚴格的規(guī)定。觸電危險是指，當施加在人體上的電壓大于30 V rms或60 V dc(干燥環(huán)境下)，大于15 V rms或30V dc(潮濕環(huán)境下)，且流經人體的電流大于5.0 mA rms 或5.0 mA dc時，人體存在觸電危險。火災危險的產生可以從電能量和熱能量兩個方面分析。目前，UL標準是通過產品成品溫升測試來評估火災危險的。特別需要注意到是UL8570中并沒有加入視網膜藍光危害要求，這也是明顯區(qū)別于IEC標準的地方。

參考文獻

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New Requirement of IEC and UL Safety Standard on LED Luminaires

Cheng Ye

(iGuzziniLighting(China)Co.,LTd.,Shanghai201401,China)

Abstract：The rapid development of LED luminare’s technology leads to the conflict between products and current standards. The product’s construction can not meet the standard while the standard can not guide the new technology as well. This article starts from the luminaire safety standard, which is closely related to people lives. Analyzing and comparing 2 most popular international standard system IEC and UL, it clarifies the new requirement about LED luminaires in IEC60598 and UL8750.

Key words:LED luminaires; safety standard; IEC60598; UL8750；Class 2

中圖分類號：TM923.4

文獻標識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2016.01.013