交流電源線路中的瞬態(tài)浪涌事件，極易造成戶(hù)外LED照明設(shè)備損壞。在LED電源供應(yīng)器前端安裝浪涌保護(hù)組件，是既實(shí)惠又有效的解決方法，可在微秒時(shí)間內(nèi)抑制過(guò)壓瞬變，避免過(guò)熱情形發(fā)生，從而提高LED照明設(shè)備的可靠性并延長(zhǎng)使用壽命。

全球大約有25%的能源消耗是由照明應(yīng)用產(chǎn)生，因此，讓照明更加節(jié)能對(duì)整體能源利用會(huì)帶來(lái)重大影響，也為其他應(yīng)用節(jié)省更多可用能源。立法勸阻人們使用白熾燈的立法，已經(jīng)成為L(zhǎng)ED照明設(shè)備需求增長(zhǎng)的一個(gè)重要因素。與此同時(shí)，消費(fèi)者和工業(yè)用戶(hù)對(duì)節(jié)能照明方案的興趣都日益高漲，進(jìn)一步刺激了市場(chǎng)對(duì)LED照明的需求。

LED效率(每瓦更高流明)、二次光學(xué)組件(更好的透鏡/反射鏡)，以及散熱的技術(shù)創(chuàng)新，使得LED照明逐漸取代了傳統(tǒng)的光源，如戶(hù)外應(yīng)用的水銀燈、金屬鹵素?zé)艏扳c燈。然而，戶(hù)外LED照明安裝起來(lái)會(huì)非常昂貴，投資的回報(bào)必須建立在更低的瓦數(shù)需求、更低的維護(hù)成本和更長(zhǎng)的使用壽命。為了防止戶(hù)外LED在5年左右的投資回報(bào)期內(nèi)出現(xiàn)故障，高耐用性和可靠性至關(guān)重要。交流電源線路中的瞬態(tài)浪涌事件，對(duì)戶(hù)外LED照明燈具構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。

抑制浪涌事件　延長(zhǎng)照明壽命

每當(dāng)電氣設(shè)備打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)，過(guò)壓瞬變浪涌會(huì)影響到附近的交流電源線路。同樣，雷擊也會(huì)在交流電源線路中造成瞬變浪涌(圖1)，尤其是在室外環(huán)境中。間接雷擊能量會(huì)對(duì)戶(hù)外LED照明裝置產(chǎn)生不利影響。瞬態(tài)電壓保護(hù)是消除受電氣環(huán)境影響的現(xiàn)場(chǎng)故障的關(guān)鍵。無(wú)論是差模還是共模，燈具都極易受到損壞。

圖1　間接雷擊對(duì)交流電源線路的影響

.差模

燈具的L-N或L-L接線端子之間的高電壓/電流瞬變，會(huì)對(duì)電源模塊或LED模塊板中的組件造成損壞。

.共模

燈具的L-G(地)或N-G(地)接線端子之間的高電壓/電流瞬變，會(huì)破壞電源模塊或LED模塊板中的安全絕緣，包括LED到散熱器的絕緣。

為滿(mǎn)足過(guò)壓瞬變相關(guān)的重要法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)，LED照明設(shè)備制造商依賴(lài)于精心挑選的保險(xiǎn)絲、金屬氧化物壓敏電阻(MOV)，以及瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管。美國(guó)正帶頭為一些室內(nèi)商業(yè)照明，以及室外道路、停車(chē)場(chǎng)和車(chē)庫(kù)照明，建立統(tǒng)一的性能和安全標(biāo)準(zhǔn)。

除了美國(guó)擁有一套自己的標(biāo)準(zhǔn)，IEC 61000-4-5的過(guò)壓瞬變浪涌測(cè)試，是針對(duì)LED照明組件的全球性要求。此外，“一般照明用設(shè)備”IEC 61547中，還要求進(jìn)行電磁兼容(EMC)抗擾度測(cè)試。圖2顯示了測(cè)試電壓和電流上升時(shí)間和持續(xù)時(shí)間的兩個(gè)波形定義。測(cè)試波形是一個(gè)1.2x50μs開(kāi)路電壓波形和一個(gè)8x20μs短路電流波形的組合。為了進(jìn)行該測(cè)試，在連接到燈具之前，通過(guò)將輸出對(duì)地短路而在浪涌發(fā)生器上，對(duì)指定的峰值電流進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖2　IEC 61000-4-5浪涌抗擾度測(cè)試波形：1.2×50μs開(kāi)路電壓和8×20μs短路電流。

為了防止因浪涌能量造成的損壞，提高戶(hù)外照明裝置的可靠性、減少維護(hù)并延長(zhǎng)使用壽命，強(qiáng)大的浪涌抑制電路必不可少。圖3所示的是通常納入到路燈浪涌保護(hù)電路中的各種組件。

圖3　LED路燈保護(hù)方案

MOV有助SPD抑制瞬變

在電源供應(yīng)器和諸如通常被置于LED驅(qū)動(dòng)器前端的浪涌保護(hù)組件(Surge Protection Device，SPD)模塊的其他應(yīng)用中，金屬氧化物壓敏電阻技術(shù)是抑制瞬變的一種既實(shí)惠又極其有效的方法。MOV的設(shè)計(jì)目的，是在微秒時(shí)間內(nèi)鉗制過(guò)壓瞬變。然而，內(nèi)置于SPD模塊之中，MOV便會(huì)受到因中性點(diǎn)丟失或錯(cuò)誤的安裝接線，引起的暫時(shí)過(guò)電壓條件的影響。這些條件會(huì)對(duì)MOV造成嚴(yán)重壓力，導(dǎo)致其經(jīng)歷熱失控，從而造成冒煙、過(guò)熱和可能的火災(zāi)。北美關(guān)于SPD的安全標(biāo)準(zhǔn)(包括UL1449)，定義了確保SPD安全的典型測(cè)試條件。過(guò)熱斷開(kāi)保護(hù)是可靠的SPD設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，目的在于保護(hù)MOV免受熱失控。

暴露于一次大浪涌或多次小浪涌之后，MOV的性能往往會(huì)逐步下降，從而導(dǎo)致MOV漏電流增加。即使在正常條件下(如120VAC/240VAC工作電壓)，這種退化也會(huì)增加MOV的溫度。至于MOV旁邊的一個(gè)過(guò)熱斷開(kāi)裝置，可以被用來(lái)感測(cè)MOV，因其性能持續(xù)退化導(dǎo)致的溫度增加。當(dāng)MOV使用壽命結(jié)束時(shí)，過(guò)熱斷開(kāi)裝置將打開(kāi)電路，將退化的MOV從電路中移除，并防止災(zāi)難性的故障發(fā)生。

SPD加入壽命終止/更換指示機(jī)制

一旦MOV從電路中斷開(kāi)連接，SPD不再提供浪涌抑制保護(hù)。為了防止之后的浪涌對(duì)燈具造成損壞，電路設(shè)計(jì)者應(yīng)采取一種能夠提醒維修人員SPD須要更換的方法。照明設(shè)計(jì)人員有兩種主要的SPD模塊配置類(lèi)型可供選擇，這取決于他們的維護(hù)和保修策略：并聯(lián)和串聯(lián)浪涌保護(hù)組件。

.并聯(lián)

SPD模塊與負(fù)載并聯(lián)(圖4)。這里達(dá)到使用壽命終止條件的SPD模塊，被從電源上斷開(kāi)，而AC/DC電源供應(yīng)器保持通電。照明裝置仍然運(yùn)行，但電源供應(yīng)器和LED模塊，面對(duì)下一次浪涌不再得到保護(hù)。如今，SPD模塊上帶有充當(dāng)更換指示燈的小LED，如綠色的LED指示SPD模塊在線，紅色的LED指示SPD模塊掉線。

圖4　并聯(lián)SPD模塊

還可以通過(guò)使用一個(gè)照明管理中心，對(duì)SPD模塊是否須要更換進(jìn)行遠(yuǎn)程提示。在這個(gè)管理中心中，SPD模塊使用壽命終止指示線，連接至網(wǎng)絡(luò)化的智能照明系統(tǒng)，而毋須在每個(gè)燈具上都安裝指示燈。

.串聯(lián)

在這種配置中，SPD模塊與負(fù)載串聯(lián)(圖5)。SPD模塊在使用壽命終止時(shí)，被從電源上斷開(kāi)，從而將燈熄滅，指示著須要撥打維修電話。斷開(kāi)的SPD模塊不僅將燈熄滅，而且將AC/DC電源供應(yīng)器，從隨后的浪涌沖擊中隔離開(kāi)來(lái)。這種配置越來(lái)越受到歡迎，是因?yàn)槠湓赟PD模塊等待更換期間，保護(hù)了照明裝置投資。與并聯(lián)的SPD模塊配置中，更換整個(gè)照明裝置相比，更換一個(gè)串聯(lián)的SPD模塊也更為經(jīng)濟(jì)。

圖5　串聯(lián)SPD模塊

在LED電源模塊前端安裝SPD模塊，為照明系統(tǒng)提供了有效的保護(hù)。在這些SPD模塊中，安裝過(guò)熱斷開(kāi)裝置，改善了它們的整體安全性，并使它們成功通過(guò)UL1449認(rèn)證。為了讓LED燈具的初始投資得以回報(bào)，設(shè)計(jì)人員必須在設(shè)計(jì)中納入SPD模塊更換指示的機(jī)制。