控制装置标准中主要安全和性能要求及产品常见的问题

控制装置标准中主要安全和性能要求及产品常见的问题第1页/共56页LED户外照明驱动电源的发展趋势发展趋势第2页/共56页LED室内照明驱动电源的发展趋势发展趋势第3页/共56页LED驱动电源－可靠性技术趋势可靠性的定义产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的能力。可靠性的测量标准主要包括：应力和寿命加速试验；可靠性的测试方法建立测试计划及其风险评估；设计测试治具；控制同数量的样品；记录测试结果；失效模式FMEA分析与理解；第4页/共56页可靠性－浴盆曲线技术趋势早期故障期设计上的失误、制造上的失误、元件上的失误、使用上的失误；恒定故障期客户拿到样品时已是恒定故障期，此期限越长越好；衰退期元件寿命开始急剧衰退，部分性能开始下降，产品应退出市场；第5页/共56页LED驱动电源－智能化控制技术趋势LED除了具有节能、环保的优势外，还具有其半导体可数字化控制的特性，目前的发展趋势是通过在电源的控制端加上控制模块控制照明灯具，实现有线或无线的智能控制，特别是无线网络自动优化控制模块、远程无线控制模块等技术的开发和应用，将LED照明进一步和网络控制技术进行结合，来实现LED照明的智能化控制。桑达通过和美国麻省技术中心合作正在开发相关产品并申请了相关的发明专利（iPower）。第6页/共56页LED驱动电源－高效率解读技术趋势理论上，高效率意味着低温升、长寿命、高可靠性。脱离电源其它相关的技术规格要求，如：EMC电磁兼容、额定工作条件、额定负载条件等要求来谈的“高效率电源”是没有任何意义的，这样的高效率产品经过测试却是高温升、低寿命、低可靠性的“高失效率电源”。如何实现高效率：桑达公司创新的电路拓扑结构、经过优化的软开关技术和高品质原材料的选用，在符合EMC等相关技术指标的前提下，真正实现驱动电源的高效率和高可靠性。第7页/共56页LED驱动电源－无电解技术技术趋势目前，LED驱动电源中仍广泛使用电解电容，而驱动电源中的变压器、开关管、整流管等主要发热源使电解电容的工作温度明显高于环境温度，温度应力的时间累积效应使电解电容的使用寿命缩短。一般电解电容的寿命在2000h-10000h，相对10万小时的LED光源寿命而言，电解电容的温度应力失效已成为LED整灯寿命的关键瓶颈。短期对策：目前是通过降低电源的温升来保证电源的使用寿命。长远对策：当然是取消电解电容。目前成熟、量产的LED光源都是直流驱动的，如果取消了电解电容，就会造成LED光源的闪烁、损坏，必须采取创新的拓扑结构来驱动LED光源。桑达公司已经成功开发出了小功率的无电解驱动电源，并申请了专利。大功率的无电解驱动电源正在开发中，预计年底推出。第8页/共56页LED驱动电源－防雷击技术技术趋势雷击和耐压测试的特殊要求：由于LED产品本身的半导体特性和户外应用的特征，目前一般的做法是在驱动电源的前端加上防雷模块，这样做的结果是虽然解决了8/20uS的组合波4kV防雷的问题，但是，输入端对地的AC1500V耐压测试无法通过，因此，同时解决防雷击和耐压测试是目前的技术难点。桑达公司通过特有专利技术解决了以上问题；第9页/共56页LED标准－国际相关标准行业标准第10页/共56页LED标准－IEC国际电工协会行业标准第11页/共56页LED标准－中国标准行业标准第12页/共56页国内外LED控制装置标准中的产品分类、主要安全要求和性能要求第13页/共56页

文章介绍了国内外LED控制装置标准中的产品分类、主要安全要求和性能要求。分析了防雷电电路和各类调光照明电器的特点以及调光LED控制装置应该关注的特殊安全要求。文章还介绍了各种LED控制装置按使用功能不同如何识别和采用对应的产品标准及满足性能要求。

关键词（安全部分）：SELV、隔离、雷电浪涌、调光、关键词（性能部分）：伏安特性、启动、连接过程、容性负载、开机浪涌

摘要第14页/共56页LED在开始启动时，不需要预热和触发脉冲，在正常工作时，可以在特低安全电压下工作，这些都是LED较其它气体放电光源来说独特的优点。为了充分利用LED的这些优点，设计性能优良的LED控制装置是保证照明LED的优点得到充分发挥的重要工作。在进行LED控制装置的设计时，首先应根据GB19510.14/IEC61347-2-13标准中6章的分类要求，确定所设计的LED控制装置的分类。

第15页/共56页1、自耦式控制装置

LED自耦式控制装置是指其内部输出电路与电源电路有内在连接的一种控制装置，这种控制装置的输出电压虽然也可以做到与安全特低输出电压相同的电压水平，但是由于其内部的非隔离输出特性，所以尽管两个输出端子之间的电压值符合安全特低输出电压的要求，但每一输出端子的对地电压却不可能在各种使用场合满足安全特低电压的要求。此类控制装置不属于SELV标志，其输入、输出端子与可以触及的外部金属之间，对内装式控制装置，其防触电保护起码达到基本绝缘的要求；对于独立安装式控制装置，则应达到Ⅰ类或Ⅱ类的防触电保护要求。一、LED控制装置的分类及适用场合第16页/共56页

适用范围：此类控制装置由于内部没有采用隔离措施，所以其转换效率相对高一些，一般适用于对输出电压不需要达到SELV的场合和/或灯具附加防触电保护较充分的场合。

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2、等效安全特低电压或隔离式控制装置

此类LED控制装置就其防触电功能来说，整体上可看作为初级/次级之间具有加强绝缘功能的隔离变压器。在其内部的输出电路与电源电路之间（包括印制线路板上的电路和元件之间以及隔离变压器内部），对不高于250V电压的电源网络（1）其爬电距离和电气间隙应不小于6mm～7mm（根据污染等级不同）。（2）输入端在额定电源电压下时，其输出电压应不高于SELV电压的限值（有效值≤50V）。如果带额定负载时，最大输出电压应≤25V（有效值），空载输出电压≤33V（有效值）并且峰值≤33V时，输出端子可外露。（3）输出端子和电源电路之间。为了EMC防护或控制要求所跨接的电容器应是Y1电容或两个串联的且参数相同的Y2电容。

第18页/共56页适用范围：

此类控制装置应安装在灯具或具有类似防护功能的壳体内，但是在满足上述有关条件时，输出端子可没有防触电保护，可外露。

第19页/共56页3、独立式安全特低电压控制装置独立式安全特低电压控制装置除了应满足上述“等效安全特低电压或隔离式控制装置”的要求外，还需满足下述要求：

第20页/共56页（1）独立式安全特低电压控制装置的标志：

独立式安全特低电压控制装置在产品标志上有下列独特之处：

ta—因为是独立安装方式，所以可以理解成是灯具的电器箱部分，按灯具要求，应有工作时最大环境温度标志ta值，如不标，则认为ta＝25℃。

——表求该控制装置属于安全隔离式。

F——表示该控制装置失效（内部短路）时具有自动保护不发生安全性故障的功能。

——表求该控制装置输出端不具有耐短路保护的功能。

——表示该控制装置输出端具有耐短路保护的功能。

第21页/共56页----仅适宜于直接安装在非可燃材料表面

----适宜于直接安装在普通可燃材料表面----当隔热材料可能盖住灯具时适宜于直接安在普通可燃材料表面上（内）IPXX----控制装置的防尘、防水能力。（1）标志：第22页/共56页表1正常使用时的温升值

（2）控制装置内部及支撑件的发热限值

LED控制装置在声称的ta环境温度和1.06倍的额定电源条件下正常工作，其变压器绕组温升应不超过表1。

第23页/共56页（3）控制装置在短路或过载状态下最大温升值的限值LED控制装置在额定电源电压的0.94～1.06倍处于短路或过载状态下最大温升值不得超过表3

表3短路或过载状态下的最大温升值

aI.7.3.3所规定的试验完成之后，由于控制装置的热惯性，这些值可能被超过。b

不适用于I.7.3.3所规定的试验。

第24页/共56页（4）控制装置的磁芯和绕组的周期试验

独立式安全特低电压LED控制装置的变压器（包括磁芯和绕组）要进行指定对应温度下的加热——潮态试验——振动——绝缘和耐压的10个周期试验。试验样品为3个，10个周期试验完成后，只允许其中一个样品可发生绕组内部的短路情况，但不允许出现绕组对磁芯以及各绕组之间的击穿情况。

第25页/共56页适用范围：独立式安全特低电压LED控制装置适用于没有灯具附加防护的场合，如果具有合适的IP（防尘防水）等级，也可以直接安装在室外。此类控制装置一般可作为III类灯具的电器箱部分，直接与III类灯具配合使用。如果其输出电压控制在≤12V时，可供游泳池和戏水池（普通人和灯具同在水中的情况）用灯具直接使用。

第26页/共56页二、防雷电浪涌电路如何符合安全要求目前最常用的防雷电浪涌电路的缺陷。第27页/共56页由于全球气候变暖，各种恶劣气候出现的概率也越来越大，其中雷电对户外照明电器的破坏力很大，必须有应对之策。我国的供电网络是Y－Y型零线接地的220V/380V极性电源。雷电是一种广谱的无线电波，照明电网的架空线在接受到雷电造成的电磁波后，因为相线和零线对地阻抗的不同，会产出相线——零线之间的差模浪涌电压和相线、零线——地（外壳）之间的共模浪涌电压。针对差模浪涌，采用在输入端并联压敏电阻和/或网络的方法能有效加以防护，目前有不少共模防雷电路把无线通迅发射网络中的共模防电路也搬到LED控制装置中来了，这是明显不符合低压电器安全准则的，这一点已与国际组织联系并达成共识。第28页/共56页这是因为一旦LED控制装置接地回路中有损坏现象，而感应的雷电浪涌很强并把共模压敏电阻或/或防雷管击穿并且LED控制装置仍能正常工作，但及易发生使用者或维修者遭电击的情况。正确的方法是，对应用于共模放电的压敏电阻，每个电阻的两个电极间的电气间隙应≥3mm,并且每对地一支路起码由两个压敏电阻串联而成，且导通的阀门值应在2V+1000V以上（一般应≥1800V但不宜超过2000V）。对于加在电路板与壳（地）之间的低于2000V的雷电感应浪涌电压，控制装置自身的抗电强度应能抵抗，当雷电感应浪涌电压＞2000V时，共模防雷电路才可动作。另外在PCB板上的接地端与L、N线有关的线路之间的电气间隙，起码满足基本绝缘应有的尺寸。

第29页/共56页调光是满足人们对各时间段内的不同照明需求的重要功能。各类人造光源的调光特性简述如下：1、各类荧光灯以及所配备的调光电子镇流器一般应在满功率位置上启动荧光灯，否则将会造成灯不易启动或明显影响灯的寿命。另外，当荧光灯输出功率由强到弱调整时，灯电弧电流的减小会造成的灯阴极温度下降，使灯阴极达不到电子逸出功的温度（1000K～1100K），只有在电弧电流下调的同时相应加大灯丝电流才能避免灯阴极温度太低而造成的灯寿命下降。尽管这样，由于灯低气压放电灯的负阻特性，当荧光灯功率下调时，灯的管电压将明显升高，当灯管处于很小功率输出时，灯管电压的大幅上升将使系统不能正常稳定地工作，所以各类低气压放电荧光灯调光范围一般只能在20％～100％范围，并且随着灯功率的下降，系统效率也明显下降，而且一般还不能保证小功率输出时不损害灯的寿命。三、调光第30页/共56页2、各类高强度气体放电灯（高压钠灯，石英金卤灯，陶瓷金卤灯等）简称HID以及所配合的电子镇流器一般也需在满功率位置上启动，另外当灯的工作状态稳定时才适合调光。当HID灯的功率下降时，电弧管内的气压也随之下降，灯的效率也会随之下降，所以HID灯的调光范围基本控制在50％～100％范围内，否则将使HID灯在低功率输出时，系统效率大大下降。尤其是石英管芯的金卤灯，当其电弧功率下降时，电弧管内的气压也明显下降，这将明显造成汞放电成份的增大，使光输出成份中的紫外分量超标，此时如果没有灯具相应的防护措施，必将明显造成对被照射的人和物的紫外危害。第31页/共56页

3、迄今为止各类人造光源中，LED是最适合在调光状态下工作的，其宽广的动态工作范围只要求控制流过其的工作电流就能方便地并且在不损害其寿命的前提下实现0～100％的调光。另外，LED也是各类人造光源中，唯一具有与控制电路配全且当输出功率减小时，光效反而升高的产品。通过调光，能使LED在某些领域具有器具节能的前提下再具有管理和控制节能的优势。第32页/共56页

*LED这种优良的调光特性，使人们都跃跃欲试地想尝试制造各种具有调光功能的LED控制装置来实现调光。

*但在调光LED控制装置的设计时，必须注意LED控制装置中控制电路与主电路的隔离绝缘问题。一般的具有调光功能的LED控制装置，在其控制端都采用一个低压直流电压源（一般为0～10V）来实现控制（外接一个调光电位器本质上也是利用控制装置的内部电路，实现调整直流电压来控制调光的功能）。第33页/共56页科技的进步使人们都广泛采用电脑及相应的配套电路来实现调光的自动化。如果我们采用各种日光、红外、声控等感应器再配有智能化的电脑控制网络，把电脑端口直接连接到LED控制装置的控制端就能实现既有舒适照明，又能自动节电的效果，这是LED进入室内照明很有潜力的一个发展方向，但这一系统中，如果控制装置内部的电源电路和控制电路发生电连接或击穿，将会使电源电压“窜入”到低压控制系统中，这将严重危及人们的防触电安全性。第34页/共56页为此，国际国内有关灯的控制装置标准中特别规定了“控制端子与电源电路之间起码具有基本绝缘，当控制端子声称能直接连接安全特低控制电压时（SELV），则控制装置内控制电路与电源电路之间应具有强化绝缘功能”。这意味着，具有调光功能的LED的控制装置，其内部控制电路与电源电路之间在线路板上、元器件之间以及具有隔离作用的变压器内部的爬电距离、电气间隙、抗电强度都要达到基本绝缘或强化绝缘的指标要求。在这一方面，采用光电隅合器和合适的隔离变压器是解决这一问题的较好方案。注：作为强化绝缘的变压器内隔板或光电隅合器的光/电器件间的绝缘物质厚度应≥0.4mm。

第35页/共56页在IEC61347-2-13标准发布前，LED控制装置采用的安全标准有GB19510.12/IEC61347-2-11标准，也有采用IEC61347-2-2标准的，目前IEC61347-2-13标准已颁布，所以对照明用LED的控制装置，按照IEC61347系列标准的含义，应按如下原则选用对应的检验标准：四、各类LED控制电路的区分及对应适用的安全标准第36页/共56页（1）仅具有恒压输出功能或具有恒流输出功能或两者功能兼有的控制装置，应采用IEC61347-2-13安全标准检验。（2）仅具有控制LED亮暗、闪动、颜色变化功能的控制装置，应采用GB19510.12/IEC61347-2-11安全标准检验。（3）如果一个控制装置兼有上述二者功能的（不可分开的一个整体），应按照IEC61347-2-13标准进行试验。（因为IEC61347-2-13的内容大于等于GB19510.12/IEC61347-2-11的内容。）（4）单一采用已获CCC认证的开关电源不能免除灯具内LED附加的限流电路的试验，这类灯具中LED附件的限流电路试验应采用的标准仍应按照上述（1）～（3）的原则。第37页/共56页尤其是这类灯具内的LED限流元件采用电阻时，并且这些电阻被直接安装在印制线路板上时，应模拟LED短路异常状态，随后测量电阻的发热温度，此温度应低于印制线路板的耐温极限。第38页/共56页五、照明LED的典型伏安特性曲线LED的正常工作区域是图中VF（0）---VF段。从该工作段可以看出，要使LED的工作稳定，最有效的办法是采用控制其工作电流的方法来实现LED工作点的稳定，第39页/共56页所以，对于单串的LED模块，采用恒流源驱动或通过调整工作电流来实现调光是最可靠的首选方法。但是，如果采用恒压电路，再外加或利用LED模块中的恒流电路，也能达到使LED稳定工作的目的，此时，恒压电路和再外加或利用LED模块中的恒流电路应该结合起来视作为一个LED控制装置。因为LED的热负阻特性，所以单纯的恒压电路（例如开关电源）是不能作为LED驱动电路的。针对照明用LED模块的特点，IEC标准化组织发布了IEC62384：2006标准，我国对应的GB/T24825-2009也已颁布并实施，该标准不仅保留了IEC62384的全部内容，还增加了LED控制装置的能效要求。本文就该标准的主要内容，介绍标准的条款设立的原委，对产品的要求及试验要求。第40页/共56页输出电压和电流

1、

启动和连接要求LED控制装置内与输出端有关的储能电容，会在启动或连接LED时，产生短时间的浪涌电压或浪涌电流，对这些浪涌电量不加以控制，可能造成LED的寿命缩短或损坏.

第41页/共56页本条的考核是为了保证在连接输出负载后再接通输入电源或连接输入电源后再接通LED负载的短时间内，不造成LED模块的短期超负荷运行。按LED控制装置的标志连接上最小的LED负载。对控制输出电压的控制装置，存在多组并联负载时，仅留最小的一组负载。对于控制输出电流的控制装置，其输出回路中每串LED的个数为最小（可能就留一串中的一个）。*把数字存储示波器（div）的一个通道CH1连接于电流取样电阻上（取样电阻R≥0.5Ω，无感电阻），另一个通道CH2连接于LED模块的电压取样端（上端）。示波器的接地端连接在电压/电流测量的公共端子上。把数字存储示波器设置在自动触发采样模式，记录时间≥2s。积分时段也设置为0~2s。*注意：示波器的测量探头不应采用差分隔离探头，否则无法采集到直流分量。本条试验方法和考核要点第42页/共56页*先闭合S2，把电源电压调整到额定值，再合上S1，此时示波器记录的有效值即为控制装置提供给LED模块的启动电流和启动电压值，应不超过所配用的LED模块额定值（电压和/或电流）的1.1倍。同时，这一测量值也不得超过LED控制装置标称的最大输出电流或最大输出电压。*完成上述测量后，断开S1和S2，等待15分钟后先闭合S1，示波器的设置同上，再闭合S2，此时示波器记录的有效值即为控制装置工作后再连接LED模块时的连接电流和连接电压值，也不应超过所配用的LED模块额定值（电流和/或电压）的1.1倍。同时，这一测量值也不得超过LED控制装置标称的最大输出电流或最大输出电压值。注：上述测量中，示波器应设定在具有测量交流和直流（包括脉动直流）的状态，所测量的值应是包含直流（脉动直流）和交流分量，其积分后值应是真有效值。本条试验方法和考核要点第43页/共56页LED控制装置如果具有稳定的输出电压，则应在产品上标明“额定输出电压”，并且应相应标明“最大输出电流”或“最大输出功率”。此类LED控制装置应该属于AC/DC转换（包括开关式AC/DC转换）的稳压电源。它的特性是在一定的负载电流范围内，输出电压几乎不变化。并且当电源电压在±10％的范围变化时，其输出电压几乎不变。即从控制装置的输出端看进去，具有很低的输出电阻。因为LED具有较明显的“温度负阻特性”，即当LED工作时，随着PN结结温的升高，其PN结的正向工作电压会呈线性下降，所以上述具有稳定输出电压的LED控制装置，只适用于自身带有限流装置的LED模块（最起码有一个电阻限流），否则对于功率较大的照明LED是无法正常工作的。2、

工作期间的电压和电流第44页/共56页控制输出电压的LED控制装置试验电路第45页/共56页*对于具有稳定输出电压的控制装置，当输入电压在额定值的92％～106％范围内变化时，输出电压变化与LED模块的额定电压相比，偏差应不大于±10％；*对于具有非稳定输出电压的控制装置，在额定的输入电压下，输出电压应在所配合的LED模块的额定电压的±10％范围内第46页/共56页控制输出电流的LED控制装置，如果具有稳定的输出电流，即内部具有恒流源电路，应在产品上标注“额定输出电流”和“最高输出电压”。具有恒流特性的LED控制装置的最大特征是，从输入端向里看，具有很高的输出阻抗，在其输出端连接上一组串联的LED，只要串联的LED正向电压的累加值不超过其最高输出电压，在此范围内，多串几个LED或少串几个LED时，控制装置都能保持输出电流的恒定特性。从LED的工作伏安特性来看，此类控制装置是最合适的，它不需要附加限流阻抗，可直接在输出端连接LED负载。2.2控制输出电流的LED控制装置第47页/共56页*控制输出电流的LED控制装置，如果不是有稳定的输出电流，即内部具有不够完善的恒流特性电路，例如内部采用电感或电容限流的电路。此类电路从输出端向里看的输出阻抗，低于具有恒定电流输出的控制装置，但明显高于控制输出电压型的控制装置。*此类控制装置明显的特征是，只要输出端的LED串联负载的正向工作电压累加电压值不高于控制装置的最高输出电压值，多串几个LED或少串几个LED时，控制装置的输出电流的变化基本不超过30％，并且也能保证直接配合无附加限流阻抗的LED正常工作。第48页/共56页控制输出电流的LED控制装置试验电路第49页/共56页*对于具有稳定输出电流的LED控制装置，当输入电压在92％～106％范围内变化时，输出电流与配用的LED额定工作电流相比，偏差不大于±10％。

*对于不具有稳定输出电流的LED控制装置，当输入电压为额定值时，其输出电流与配用的LED的工作电流相比，偏差应不大于10％。第50页/共56页*LED控制装置，除了按输出电压或电流来分类外，在性能方面，还具有两类情况，一类是仅具有单一驱动LED的功能，另一类是除了具有驱动LED的功能外，还具有接收电脑控制信号端口和/或具有控制LED变色、闪动、亮暗交替等功能，即LED控制装置内本身具有设定的逻辑电路。*LED控制装置的外接控制端口或输出端口，如果在开机或接通电路时，外接电路中具有