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普通照明用自镇流LED 灯安规不合格情况分析与合理设计

2017-10-8 11:24 577 0 原作者: 郑少锋 温健昌
简介
本文通过对常见LED 灯在按照IEC( 国际电工委员会) 和GB( 国家标准) 标准检测过程中发现的不合格情况, 逐一进行分析和标准释疑, 并给出相应的合理设计建议。期望通过在设计初段便解决质量问题, 以降低 ...


引言


    在现代照明应用, LED 光源已经遍布各个领域。LED 光源以其节能、环保、耐久性等特点被越来越多的用户接受。传统的普通照明用螺口灯泡、卡口灯泡、荧光灯管、节能灯泡被LED 螺口灯泡、LED 荧光灯管替换也越来越多。该类产品采用了原来的灯头设计, 但内部结构却完全不同, 因此其电气安全也慢慢受到关注。


    LED 灯属于冷光源, 对于被照射的面不产生发热的危险, 但是由于大部分都采用变压模块、整流元件等部件, 自身发热相比传统光源大。其结构的复杂性决定了如果其设计加工不合理, 极有可能形成电气击穿、短路发热、防触电保护失效等电气危害。


    对于普通照明用5 0 V 以上自镇流LED 光源, 通常采用IE C 6 2 5 6 0 ( 对应国标G B 2 4 9 0 6 )进行检测, 目前正C 6 2 5 6 0 的发布有效版本是2 0 1 1 版。而部分L ED 灯管则采用灯具标准IE C 6 0 5 9 8 1 进行检测。


1 不合格情况分析


    针对检测过程中的发现的不合格情况, 我们做出如下一些分析和设计建议:


1.1 标识与说明


    标准IEC 6 2 5 6 0 2 0 1 1 中要求:“来源标志( 商标、制造商的名称或销售商的名称) , 额定电源电压或电压范围、额定功率和额定频率”应该标示在光源本体上。而“灯的燃点位置( 如果有限制) 、额定电流, 如果所替代的灯的质量大大超过被替代灯质量, 则应该注明增加的质量可能会降低某些灯具的机械稳定性’、灯在使用时应遵循的特定条件和限制如不用于调光电路的说明”应在灯上, 或包装上, 或类似说明书中未标识说明。


    常见的不符合情况有: 1 ) 要求标示在本体上的未标识在本体上, 如频率标识未标出。2 )额定电流未标出,“不用于调光电路” 的说明未提及。3 ) 本体上的标识未能通过擦拭测试。


1.1.1 本体标示缺失


    来源标示( 常见为商标) 和额定频率经常被忽略, 然而标准要求, 本体上要求的四个信息是缺一不可。而且放在说明书、外壳等位置都不符合标准的要求。


1.1.2 补充信息


    如图1所示, 由于光源个体较小, 额定电流值和不可用于调光电路信息常常容易被设计者忽略,担心印入本体难度大, 或认为这些信息不重要而丢弃了这些信息。实际上这些信息是可以放在说明书或外包装等位置, 作为补充信息存在的, 但必须要有。


                                                         

                                                                                          图1 补充信息缺失


    GB 2 4 9 0 62 0 1 0 未要求提供额定电流信息。因此, 如果是按照G B 2 4 9 0 6 标准设计的光源,可以不用描述额定电流的值。


1.1.3 擦拭试验


    光源的标准很多根据IE C 6 0 5 9 8 /GB 7 0 0 0 系列的灯具标准来制定。对于光源的本体的标识耐久性和清晰程度, 标准也采用了与灯具相同的擦拭试验来判定。不仅要通过水的擦拭, 还要通过正己烷的测试。这就对标示的印制过程提出要求, 包括使用的墨质量或者印刻的清晰度。图2 所示的标签使用普通的打印方式, 经正己烷轻轻擦拭便模糊不清。有一点区别于灯具标准的要求是擦拭试验后不需要考虑牢固程度的问题, 可能是考虑光源的实际发热情况和体积较小且无平整的面的缘故。因此标识设计应侧重油墨的质量, 对粘合能力要求可相对低。


                                                         

                                                                            图2 擦拭试验不合格案例


1. 互换性与防触电保护


     标准要求:“LE D 灯泡”应采用符合IE C 6 0 0 6 11 和IEC 6 0 0 6 13 规定的灯头。


     以E 2 7 为例, 应参照IE C 6 0 0 6 11 7 0 0 4 2 1 活页号进行设计加工, 用IE C 6 0 0 6 13 7 0 0 6 2 7 B 、7 0 0 6 2 8 A 、7 0 0 6 2 7 C 和7 0 0 6 5 0 的量规进行符合性判定。设计加工者应考虑在7 0 0 4 2 1 基础上严格执行公差要求, 特别注意灯头金属片的伸出长度。


    标准另一个要求:“在不装有任何灯具形状的辅助外壳下, 当灯旋入符合规定灯座后,不能触及灯头内的金属件或灯头上的带电金属部件”。因为灯头部分工作时是带电的, 因此在安装正常通电状态下, 该金属部分不应可触及。这与灯头的设计也是相对应的, 符合可接触规和不可接触规等要求的灯头设计防触电保护也一般不会存在问题。图3为灯头可触及的情况, 在不具有量规检测的条件下, 也可采用标准的灯座安装来进行判定。


                                                                  

                                        图3 灯头可触及


    另一方面, 标准规定灯质量不应超过限定值。目前主要对B 2 2 d 和E 2 7 有重量限制,不应超过1kg 。LED 由于变压装置和散热装置的应用, 质量相对会增加一些。对于常见E 2 7 螺口光源, 不应要求承载过高的功率和LED 数量。如果需要采用更高功率和照射面积的LE D光源, 如天井灯等, 可以采用E 4 0 等高承载能力的灯头灯座。


1. 耐压和防触电等级


     IE C 6 2 5 6 0 要求样品的介电强度试验电压参照IEC 6 0 5 9 8 1 1 0 2 的I I 类灯具。也就是2 0 0 0 2* U 额定电压( 2 0 0 8 版标准, 国标G B 2 4 9 0 6 定义的版本相对较低电压值更高些) 。而LED 光源利用铝金属附着散热的特点, 使得带电部件和可触及金属外壳的爬电距离电气间隙变得很小, 很融合发生高压击穿。如图4 所示, 由于固定螺钉的位置进一步缩小了带电部件和金属外壳的距离, 使得样品达不到II 类器具的防触电保护, 介电强度试验发生高压击穿。因此, 设计时应考虑预留较多的L ED 线路板与可触及金属表面的安装间隙。另一方面, 使用安全隔离变压器也是有效提高防触电保护等级的措施。


                                                                 

                                              图4 高压击穿


    这部分要求同样适用于LED 灯管, 按目前的标准体系, LED 灯管参照1E C 6 0 5 9 8 -( G B 7 0 0 0 1 ) 进行测试。耐压试验和防触电保护等级都是按照I I 类灯具的试验要求。而同样情况是, LED 灯管同样多是采用金属外壳防护, 那么此类产品的内部线一旦接触到外壳, 则要求内部自身的绝缘防护等级要达到I I 类加强绝缘或双重绝缘的要求。但是, 普通的单芯单层内部线只是基本绝缘, 无法满足要求, 就会发生耐压击穿, 也无法满足防触电( 第8 章)的要求。图5 为LED 灯管的内部结构, 内部线安装时接触到外壳, 耐压测试不通过。对于这种情况, 可以在可能触及金属外壳的位置适当采用双重绝缘的线, 如给单层绝缘线增加护套。也可以采用硬质连接, 对于一些距离较短的连接线( 如T 5 灯头连接线路板之间) , 不采用软线, 使用硬质导体直接连接。也有一些设计, 本身的发热较小, 直接省去了散热外壳, 直接采用塑胶外壳, 均可以满足标准的要求。


                                                         

                                                                            图5 LE D 灯管内部线击


1. 耐热


    对于固定带电部件的绝缘部件, 应进行1 2 5°C 的球压试验考核器具耐热能力。对于LED光源而言, 应特别关注与灯头接触的绝缘材料, 如图6 所示的卡口灯头和图7 所示的灯头绝缘材料, 都应该使用能耐1 2 5°球压的材料, 如纯度较高的PP或PA 。值得注意的是其耐燃的要求则是6 5 0°C , 相对要求低很多, 很多材料都可以满足, 所以不需要添加阻燃剂, 这样有可能使得耐热的性能降低。


                  

                                          图6  LE D 卡口灯头                    图7   LED 灯管灯头球压不合格


2 总结

 

    IEC 6 2 5 6 0 最新的版本2 0 1 5 也即将发布, 内容会更加规范, 囊括的LED 光源类型也更多,但总体的试验要求基本一致, 对于常见的不合格情况也将是侧重在防触电保护和结构设计中。


    持续地学习标准内容有利于更好的开发新产品。LED 光源的特点是一旦发现不符合标准的要求, 无法像电器产品一样做简单的更换完成整改, 大批的成品会由于初始设计的不合理而废弃。因此, 在设计阶段便熟悉标准的要求,了解常见的产品漏洞和设计关键点, 有助于最大化的节约成本, 避免资源浪费。



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