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LED模组种类与使用技巧全攻略(三)各种LED模组的供配电设计和预防短路起火的方法 摘要：很多同行遭遇过LED广告牌起火的事故，在百度搜索“广告牌起火”会发现大量该类消息，排除因施工电焊引起的火灾，多是夜间运行中发生的起火事故。为什么安全节能的LED光源会起火呢？本文将从LED模组的自身电路特点和供配电电路来探讨LED模组起火的原因和预防措施，对有关LED显示和灯具同行亦有启发。 电气起火的主因是短路或过载，它们会使传输电路和电器发生不可控的危险温升从而点燃电气自身和引燃周围可燃物(包括阻燃物)。短路是一个用电回路中出现异常的极小阻值通路从而导致回路中出现异常高的电流造成破坏性高热，引发起火。过载是回路中的用电器出现远大于其额定功率的电流或电压造成电器和电路出现电流飙升，引起高温直至起火。对于短路和过载所带来的危险是有很多防范措施的，只要在整个回路中设有可感知短路过载故障并在发生危险前自动切断供电的装置即可。在市电电路中通常用保险丝(短路)和漏电保护开关(具有过载保护功能)即可；低压电路中的短路和过载基本不会引起市电电路中保护电器的动作，因为在将市电转换成低压直流供电时须要电源(俗称变压器)，这个电源是隔离电源，隔离了高低压回路。在是使用LED模组、灯条的广告招牌和亮化工程电路中，短路和过载保护正是由电源来提供的！比如常用的开关电源，其中都有相关保护电路。说到这里，问题似乎已经解决了？可靠的电源可以保护一切啊！是的，采购优质的LED模组、灯条和电源的确是防止故障事故的必要条件，但事实绝非如此简单！ 下面我们通过几种LED模组所组成的最简单的供电电路来分析，下图：几种LED模组实物图(图片源自百度图片) 参考各种LED模组的封装结构和应用环境部分内容，上图这些模组有着不同的封装结构，但从其电路结构来分，就是以下几种：12V3灯、12V4灯、12V2灯、12V1灯大功率和一款24V6灯。参考各种LED模组的电路结构和性能参数部分内容中的各模组电路板结构图再配以最简单的供电电路来分析：下图各种模组供电示意图从这三种模组供配电图可以到，通常为了减少接入点过多造成人工和电线的浪费，都是一个接线点串接供电25个左右，很明显，所有的供电都通过了每个模组上的印刷电路铜箔。续图：同理，通常为了减少接入点过多造成人工和电线的浪费，都是一个接线点串接供电25个左右，很明显，所有的供电都通过了每个模组上的印刷电路铜箔。为什么要强调这个印刷电路铜箔呢？请看下文分析： 电路板上的印刷电路是极薄的一层导电铜箔，并且模组尺寸小，宽度也极小，其导电截面积是极其微小的，所以它的电阻值要比等长的细导线大很多，也就是比模组间的串接电线电阻大得多。正因为如此，事实上，一串LED模组本身线路电阻是比较大的，我们可以称之为自身线损阻值。LED模组自身线损能有多大呢？眼见为实，我们选取上面有代表性的两款模组来实际测量一下，下图：实验对象12V3灯模组可见，20个12V3灯模组串接后自身线损阻值是2.4，也就是平均每个模组线损阻值是2.4/20= 0.12/个；下图：实验对象24V6灯模组可见，8个24V6灯模组串接后自身线损阻值是1.1，也就是平均每个模组线损阻值是1.1/8个= 0.14/个。 现在再来分析LED模组的供配电:按常规做法，25个12V3灯模组串接起来再配上常用的300W开关电源。假设这串模组的端部或者接下来的某个模组发生了导通短路(通常一个招牌标识中要用成百上千个模组，短路概率是较大的)。那么25个模组自身线损电阻=25个*0.12/个=3，此时这串模组的短路电流是：12V/3=4A，300W12V开关电源的最大输出电流是300W/12V=25A，发现了吗？这串模组发生短路后所造成的短路电流仅4A，远远小于开关电源的最大许用电流25A，这串模组的短路根本就不会让开关电源启动保护！这4A的电流将持续加热模组上的电路板铜层直至铜层熔断，铜层熔断需要多高的温度呢？是1083.4！事实上模组早在这个温度前就燃烧起来了。再来分析24V6灯模组，按常规做法，20个24V6灯模组串接起来再配上常用的300W开关电源。假设发生了短路，则其短路电流是24V/(20*0.14)=8.6A，300W24V开关电源的最大输出电流是300W/24V=12.5A，显然，8.6A的短路电流远小于开关电源的最大许用电流12.5A，这串模组的短路完全不足于让开关电源启动保护！模组持续升温直至燃烧。通过以上分析，若想让电源起到短路过载保护以避免LED模组短路起火，方法是减少LED模组自身线损电阻。这样的模组是有的，如下图：三种低内阻高压软LED模组它们的电路结构有个共同的特点，那就是模组间供电电流完全不经过电路板印刷铜箔，模组上主线直通，供电电流全部通过串接电线。如下图：三种高压软LED模组电路结构图： 这三种软LED模组由于自身线损电阻小，所以它们可以串接较多的数量而没有明显的亮度变化(线损光衰)，常规做法是60个一组串接。那么它们每个模组的自身线损阻值是多少呢？还是实验检测，从上面三种软模组的电路结构可以看出它们的供电结构相同，模组长度一致。三种软模组的自身线损阻值是一样的,选择中间一款来测量。下图：实验对象36V11灯软模组实测电阻值1.9，串接数量60个，则每个软模组的自身线损内阻是1.9/60个=0.032，我们来分析这种软LED模组发生短路的情况，为了便于接近比较，我们同样以24V电压的软模组作为分析对象，既然这种软模组号称线损低，串接数量多，那么我们就按远高于其它模组的串接数量来分析，60个一串，300W24V电源供电。则其短路电流为24V/(60*0.032)= 12.6A，300W24V电源许用电流300W/24V=12.5A，显然，其短路电流超过了电源的最大许用电流，电源启动保护切断供电，模组不会升温燃烧；同样的，如果是36V11灯软模组短路，则短路电流为36V/(60*0.032)=18.95A，远远超过电源许用电流300W/36V=8.3A，电源启动保护切断供电，模组安然无恙；如果是48V14灯软模组短路，则短路电流为48V/(60*0.032)=25.3A，远远超过电源许用电流300W/48V=6.25A，电源启动保护切断供电，模组安然无恙。可见，这种高压软LED模组应对短路故障比其它几种LED模组要强得多，电源会瞬间触发保护。 综上所述，某些LED模组由于其自身电路结构的局限，其发生短路过载时往往得不到电源的保护而发生不可控温升起火，这也是众多使用LED模组的广告招牌和灯光亮化工程发生火灾的重要原因。为了避免火灾事故的发生，在上述的广告亮化工程中应做到：1、尽量使用内阻小、驱动电压高的LED模组，使电源的保护功能更易触动；2、尽量减少模组的串接数量或增加电源接入点以减少整个回路的线损阻值，25