检测动态，LED灯具防触电保护在标准中适用性的研究

摘要：文章从LED元件的电参数谈到LED灯具在发展中遇到的问题。再从我国现有标准和国际最新灯具标准的比较和研究中，讨论了标准中涉及到LED灯具防触电的相关条款。其中包含了防触电、接触电流和保护导体电流等章节。通过对于标准的深入研究，阐明了LED灯具因防触电不同于传统光源灯具产品而导致的标准适用性问题。

1　LED技术发展背景

应用半导体PN结发光源原理制成LED问世于20世纪60年代初，1964年首先出现红色发光二极管，之后出现黄色LED。直到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司（日亚）成功开发出白色LED。

LED（Lighting　Emitting Diode)发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。

在当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。

2　LED元件的电参数

LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域（见图1）。随着技术进步，LED的光效越来越高，再加上LED理论上的超长寿命，人们普遍将LED的发展直指替换传统照明。在各种宣传资料上，我们都能看见不同厂商为吸引眼球将光效和寿命作为LED的独特优势加以夸大。的确，光效反应了LED元件发光的效率，寿命决定了元件的使用品质，都是产品特性的重要元素。但随着LED实际照明系统应用中，人们不得不面对LED光效提高带来的散热问题，以及到目前为止LED的寿命只是停留在理论上的推导上，即使是最新的TM-21《LED寿命估算方法》也只是给出了近似的推导方法。由于这一枚硬币的双面性，又需要技术上的保证，制造商在推销LED时又有多少底气呢？

除了光效和寿命，那LED还有其它优点吗？我们不妨回到LED元件的使用上来。LED光源是发光二极管，正常点亮需要恒流直流电源，照明应用级大功率的输入电压一般为３．０Ｖ左右，远低于人体安全电压３６Ｖ，一般能安全使用，且工作电流为３５０ｍＡ至１０００ｍＡ左右。相比较传统光源，工作电压安全且工作电流不高是最大的特点。如，传统钨丝灯工作电压一般为２２０Ｖ，工作电流约为０．２Ａ~０．５Ａ.其它气体放电灯需要很高的脉冲电压进行激发，即使工作电压往往也大于２５０Ｖ，工作电流约为０．５~４Ａ.即使工作电压最低的传统光源低压卤钨灯也需要１２Ｖ，但其工作电流达到４安左右。又由于直流电源能方便控制其开断，其数字特性能方便与数字控制系统结合来对照明系统进行控制，尤其是LED调光来烘托气氛（见表1）。

但需要注意的是，由于LED光源自身的ＶＡ特性，导致了为了正常点亮LED光源必须使用恒流的直流电源。如图2所示，LED正向工作在第一象限，当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零，相应的电压叫死区电压。当正向电压超过死区电压后，其ΔＲ＝ΔＶ/ΔＩ是正的，呈现正电阻特性，当LED管电压增加时其LED的电流也增加；LED管电压下降其LED的电流也下降。因此，只要供电电压稳定，LED电流就不会继续增加或下降。然而在LED电压Ｖｆ附近，电压稍为变化，电流将发生大的变化。所以LED需要恒流电源驱动以维持其稳定性。

3　LED灯具的电参数疑惑

从上面的比较我们了解到，直流低压驱动的LED元件相比较传统光源来说工作电压安全，但需直流驱动。那我们用这些低压安全直流驱动的LED做成的照明系统也同样安全吗？现在LED替代传统照明大致有两个方向。一个是LED元件做成光源替换传统耗能光源（特别是白炽灯），多数是室内应用；一种是LED灯具替换传统光源做成室外灯具。对于替换传统耗能光源，考虑到光源本身的尺寸大小和散热考虑，LED大多在提高光效及散热上下功夫，本身所需的驱动电压都不会太大。而对于室外灯具而言，由于替换的是大功率的荧光灯、金卤灯和高压钠灯等，基本考虑的方法就是增加LED光源的使用数量。如路灯功率都在２５０~４００Ｗ之间，荧光线性灯功率从１４~８０Ｗ不等。由于LED是电流驱动型，随着LED数量的增加，所输入的电压也会相应增加。不像传统光源需要灯座来固定，LED本身只能通过PCB板等来进行电气机械连接，从而对灯具本身有了新的结构要求。又由于LED独有的散热考虑，往往LED需要直接固定在灯具的金属外壳使其充分散热。由于ＬＥＤ元件区别于传统光源的电参数特性，加之标准的滞后性（尤其是我国国家标准），制作灯具时常常会有很多疑惑：

（1）是不是LED灯具的任何工作电压都是安全的呢？到底增加到什么程度内，该灯具还是安全的呢？

（2）LED灯具特有的结构会对电气安全产生影响吗？标准中的要求是否对其结构有影响？

（3）LED灯具的电气安全特性是否在标准中有所考核？是否会改变灯具本身的结构呢？

（4）LED灯具的电气安全性在标准中是否有新的规定？由于传统光源都是工作在交流电源下，旧标准的规定都是按交流电压来考核的，是否有直流方面的考核呢？

综上所述，LED灯具电气安全特性还需要对标准的重新诠释，也是LED发展所面临的无标准和标准不统一的窘境。下面，我们将比较新旧标准之间的差异，来表明ＬＥＤ照明系统之灯具的电参数问题（见图3）。

4　LED灯具的安全标准

目前为止，我国使用的灯具安全通用标准为ＧＢ７０００．１－２００７《灯具　第一部分：一般要求与试验》，所对应的国际标准为等同采用ＩＥＣ６０５９８－１：２００３。而最新版灯具安全的国际标准为ＩＥＣ６０５９８－１：２００８。我国现行标准落后国际标准一版，对新型ＬＥＤ灯具有很多方面无法应用，这也是ＬＥＤ标准规范呼声越来越高的原因之一。我们将就新旧版的标准中涉及电参数的条款进行比较，来说明ＬＥＤ灯具的电压问题。旧版标准我们以我国现行标准为例，新版标准我们以国际最新标准为例来进行比较说明（见表2）。

标准中与ＬＥＤ防触电有关的章条有：

（１）防触电；（２）接触电流和保护导体电流。