LED路灯及其光源控制装置

摘要:本文主要对LED路灯及其光源控制装置（下称LED控制装置）开展国内认证以来发现的一些问题进行分析，明确了标准中一些关键要求，并通过实例说明如何判断LED路灯及LED控制装置是否满足标准要求，可以为相关产品生产厂家及相关产品在道路照明中的设计、认证、生产和使用中提供指导和参考。
关键词: LED路灯;LED控制装置;道路照明;安全;电磁兼容；节能 
引言
近几年随着LED光源和LED控制装置技术的发展，LED路灯产品应用技术和产品性能有了较大提升：智能控制管理技术日趋成熟，产品平均光效日益提高。伴随产品价格较大幅度的调整以及各地政府支持力度的进一步加大，具有节能环保、安全可靠、耐久高效、便捷智能等多种优势的LED路灯产品需求量逐年攀升，预计未来几年内，我国LED路灯产业将步入快速发展阶段，LED路灯产品市场发展前景非常广阔。
目前LED路灯在国内属于自愿性认证，LED控制装置在国内属于强制性认证，在开展国内认证的检测过程中、在最近几年市场监督抽查过程中，还是会发现一些产品质量问题，这些问题直接影响了企业获取认证证书，影响了道路照明工程验收，因此我们认为有必要，对一些认证中出现的常见进行解析，使我们的企业和使用方对此产品有一个比较清楚的理解。
一. LED路灯安规常见问题
1. 适用标准
LED路灯申请国内自愿性认证时，安规要求需要同时满足标准GB 7000.1-2007《灯具 第1部分:一般要求与试验》、GB 7000.203-2013《灯具 第2-3部分：特殊要求 道路与街路照明灯具》。其中GB 7000.203-2013依据路灯的特殊使用条件，在标记、结构、外部接线和内部接线、耐久性试验和热试验等方面都有与普通灯具不同的考核要求，LED路灯生产厂家在设计产品时需要特别关注。
2.外部接线线径、材质、颜色要求
LED路灯使用条件与普通灯具不同，道路照明应用中一般是露天安装，长期耐受曝晒、尘埃、雨水等较恶劣的使用情况，因此对外部接线有较高的要求，但在认证过程中常见LED路灯接电网的电源线截面积为0.75 mm2、绝缘护套材质为PVC，不符合GB 7000.1-2007《灯具 第1部分：一般要求与试验》标准中非普通灯具外部接线截面积不应小于1.0mm2、绝缘护套材质为橡胶的规定。
另外，LED路灯在国内认证中规定，如果未按照GB 7000.1-2007的要求对火线、零线和地线进行标记，则电线本身的颜色应符合GB／T 5013.1-2008 《额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆 第1部分：一般要求》标准中的颜色识别要求。不合格案例见图1。
LED路灯导线截面积低于标准要求会使其承载电流的能力不够，导致导线过热，电线烧焦，绝缘层烧坏，以至发生短路，产生着火危险或触电事故，对人身财产安全造成危害。
绝缘护套材质使用PVC在室外使用时易老化变质导致绝缘性能降低，电线颜色识别/标记错误易导致接线错误，这些都可能引起漏电触电事故。

3.外部接线和内部接线（绝缘衬套和软线固定架）
LED路灯在电源线的出线口未采用衬套保护，或者电源线进线口的固定强度不够，使得其在受力（推力、拉力和扭力）时在接线端子处位移或与灯具中的活动部件、高温部件接触，不符合GB 7000.1-2007《灯具 第1部分：一般要求与试验》标准中外部接线的规定。图2所示案例中，制造商使用软橡胶圈和尼龙扎带固定电源线，经过25次60N拉力测试，位移都超过了2mm，按GB 7000.1-2007 第5.2.10.3章要求判定为不合格。

4.防尘和防水
LED路灯的灯具防水防尘设计不合理，或者为了节约成本，使用了不合格的防水材料，或者使用的防水衬垫没有安装到位，不符合GB 7000.1-2007《灯具 第1部分:一般要求与试验》、GB 7000.203-2013《灯具 第2-3部分：特殊要求 道路与街路照明灯具》标准防尘和防水的要求，根据标准要求：路灯的外壳防护等级至少应达到IPX3，但隧道照明灯具和柱式合成灯具带的侧开式外部部件配玻璃件至少达到IPX5。图3所示案例中，灯具光源腔进水且没有设计排水孔，按GB 7000.1-2007 第9.2 d)章要求判定为不合格。
LED路灯安装使用后，要经受恶劣的自然环境如暴雨、沙尘等的考验，防尘防水不合格会使LED路灯的整体性能急剧下降甚至失效，情况严重的灯具内部入水，可能导致浸泡带电导体，从而导致灯具外壳带电，产生触电事故，对人身财产安全造成危害。

5.绝缘电阻和电气强度
受益于近几年国家大力发展半导体照明节能产业，各地陆续出台地方性的推进方案，其中广东省要求2015年底之前全省公共照明领域普遍使用LED照明，LED路灯改造加速对LED路灯需求激增。不少生产企业考虑美观和成本，LED路灯设计改变使灯具体积越来越小，重量越来越轻，空间和材质的改变，可能会导致LED路灯的电气间隙不够或者绝缘等级不够，或者电源的电路板设计不够合理，不符合GB 7000.1-2007《灯具 第1部分：一般要求与试验》标准绝缘电阻和电气强度的要求。LED路灯安装使用后，灯具绝缘等级不够，电气强度达不到要求，可能使灯具防触电保护措施实效，从而导致灯具外壳带电，产生触电事故，对人身财产安全造成危害。
6.耐热、耐火和耐电痕
LED路灯中的固定带电部件材料，在125℃下球压压痕直径超过2mm， 不符合GB 7000.1-2007《灯具 第1部分：一般要求与试验》标准中球压压痕直径不得超过2mm的规定。球压不合格可能存在产品在使用过程中由于固定带电部件材料受热而出现变形，导致灯具短路，引起火灾或触电危险。
7.接地连续性和接地线颜色
防触电类型为I类的LED路灯，其顶盖在正常使用过程中有可能会触及到基本绝缘的内部线，顶盖未接地，并且与已接地的底板通过活动金属支架连接，但连接处没有弹簧垫圈等结构确保良好的电接触，不符合GB 7000.1-2007《灯具 第1部分：一般要求与试验》标准中接地连续性的要求。接地连续性不好造成产品中部分可触及金属部件已接地的假象，当绝缘失效时无法起到应有的保护作用，反而易使人麻痹大意，导致触点危险。

另外，LED路灯中将黄绿双色电线用于带电功能电路也是不符合GB 7000.1-2007《灯具 第1部分：一般要求与试验》标准要求的。这样在重新接线维修中，容易与用于接地的黄绿双色线混淆错接，一旦错接就会导致原本接地的可触及金属部件带电，从而使人触电。

8.申请节能认证LED路灯需要注意的要求
对于申请节能认证的LED路灯产品，在进行安全认证时部分条款存在差异，往往在认证过程中会被忽略，常常导致安规获证后因为节能差异要求而反过来变更安规证书的情况，主要差异条款如下：
（1）标记
     除应符合GB 7000.203-2013第5章要求外，LED路灯应清晰耐久地标有以下标志：
a）型号、规格（额定光通量和额定相关色温）；
b）额定电源电压和电源频率、电源电流、额定功率、功率因数；
c）安装角度可调节的LED路灯，应有相应的角度标记；
除上述强制性标记以外，必要时还应将下述适用的内容标记在灯具上，或标记在产品生产商或责任经销商的说明书中：
a）适用的电源电压范围；
b）外形尺寸和重量；
c）可使用的控制装置的型号规格及其制造商；
d）如果安装角度可以调节，产品上应相应标记的含义；
e）安装条件，包括道路类别、道路宽度、车道数、道路表面材料、布置方式、安装高度、灯杆安装间距、悬挑长度和仰角等；
（2）防尘、防固体异物和防水
     LED路灯IP防护等级应为IP65或IP66。
（3）重量
     针对不同的LED路灯规格，产品重量不应超过表1中的限值：
          
规格3000lm5400lm/9000lm14000lm
重量限值10kg16kg20kg
表1 LED路灯产品重量限值表（含驱动器和安装接头）
（4）适用工作要求
     在90-110％额定电源电压范围内应能正常工作，在-30℃～45℃的条件下应能正常工作，同时LED路灯应满足具体使用场合的环境温度要求、适度和腐蚀性等其他特殊要求。
二. LED路灯电磁兼容常见问题
1. 适用标准
LED路灯申请国内自愿性认证时，电磁兼容需要同时满足标准GB 17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》、GB 17625.1-2012《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)》、GB/T 18595-2001《一般照明用设备电磁兼容抗扰度要求》中浪涌部分的要求。很多生产厂家在产品设计时往往会忽略电磁兼容抗扰度中的浪涌部分，导致认证测试过程中不满足相关要求出现不合格并进行整改，影响认证进度。
2. 骚扰电压
主要是LED路灯中的控制器电路设计过程中未考虑电磁兼容问题，电源滤波电路设计不够理想，导致电磁辐射超出限值要求，导致产品骚扰电压项目不符合GB 17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》限值要求。该项目不合格容易导致电网的电压和电流波形发生畸变，污染电网，对其他接入到电网的电气设备特别是高灵敏设备的正常工作造成影响。
骚扰电压骚扰主要包括差模骚扰和共模骚扰，对于不同频段的传导骚扰超标，常用的整改措施有：
（1）5MHz以下主要为差模共模混合。对于差模骚扰超标可调整X电容容量,添加差模电感器，调差模电感量（如图5）；对于共模骚扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制，或者增加Y电容，适当调整Y电容的参数和位置（如图6）。

（2）5M---20MHz以共摸骚扰为主，采用抑制共摸的方法。对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕2-3 圈会对10MHz 以上骚扰有较大的衰减作用。或者在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数（如图7）。

（3）20--30MHZ的骚扰：常用的整改措施可以采用调整对地Y电容容量或改变Y 电容位置；或者变压器外面包铜箔；或者输出线前面接一个双线并绕的小共模电感。


3. 辐射场骚扰
主要是LED路灯具整体设计存在缺陷，例如灯具或电源的屏蔽效果不好，灯具电源外的恒流模块的设计不合理，接地布线、灯具内部走线布置不合理，感性元器件的非合理应用等导致骚扰不符合GB 17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》限值要求。
作为辐射骚扰的抑制措施，要特别注意开关电源的布局和布线。作为补救，在开关电源的结构上和器件的采用上也可采取适当措施（如屏蔽和滤波等）。常见的抑制措施如下：
1. 印刷线路板的设计
电子设备（包括开关电源在内）设计对所有的信号线都实现最佳布线是不可能的，应首先考虑最重要的部分。从电磁骚扰发射的角度考虑，最重要的信号是高电流和电压变化率信号，如时钟线、数据线、大功率方波振荡器等。从敏感度的角度考虑，最重要的信号是前后沿触发输入电路、时钟系统、小信号模拟放大器等。开关调整回路和整流输出回路是最重要的电磁骚扰发射线路；而反馈控制则是最重要的敏感线路。
2. 采用屏蔽罩来抑制辐射噪声
屏蔽效应的原理是用屏蔽罩反射或吸收不需要的噪声。对高频段，主要是反射，常用铝、铜或其他低阻抗的材料。要求开孔尺寸和紧固件的间隔尽量小，还要避免由于覆盖涂层造成某些区域的绝缘。
3. 骚扰源的常见整改方法为：调整输出整流管的吸收电路参数，或者在输出整流管和MOS管管脚上串磁珠，或者在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路。
4. 浪涌（冲击）抗扰度
主要是LED路灯及LED控制装置抗浪涌电路的设计不合理，或者压敏电阻、瞬态抑制二极管或气体放电管的选择不合理，不符合GB/T 17626.5-2008《电磁兼容试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验》限值要求。该项目不合格会LED路灯防雷效能差，在雷雨天气不能很好的保护设备的正常工作，甚至很快出现灯具故障，影响正常的路面夜间行车安全。
    根据浪涌测试原理和产品设计原理，主要的整改措施为增加防浪涌装置的设计，以及接地处理。
三.独立式LED控制装置常见问题
1. 适用标准
独立式LED控制装置申请国内强制性认证时，安规要求除了要满足GB 19510.1-2009《灯的控制装置 第1部分：一般要求和安全要求》、GB 19510.14-2007《灯的控制装置 第14部分：LED模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求》，独立式LED控制装置还要满足GB7000.1-2007《灯具 第1部分:一般要求与试验》的要求。电磁兼容需要同时满足标准GB 17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》、GB 17625.1-2012《电磁兼容限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)》。虽然国内强制性认证没有要求LED控制装置要满足电磁兼容抗扰度中的浪涌部分，但很多LED灯具厂都希望灯具的防雷措施在LED控制装置得到实现，往往优先采购带有防雷措施的LED控制装置。所以需要提醒LED控制装置生产厂家，假设LED控制装置是配套路灯使用的，那么在产品设计时就要注意电磁兼容抗扰度中的浪涌部分，以免获证后用在LED路灯中不满足相关要求出现不合格而无法销售。
2. 独立式LED控制装置电源连接问题
对独立式LED控制装置，如果提供电源连接方式是不可拆卸的软缆或软线和接线端子的连接方式，必须满足GB7000.1第5章5.2.10.3条款的拉力的要求的，特别注意的是，在使用接线端子连接方式的独立式LED控制装置，为了防止护套线从控制装置上脱落，必须配备导线固定架。

3. 独立式LED控制装置IP防护问题
目前LED光源在户外照明灯具得到了广泛的使用，为之配套的独立式LED控制装置的IP等级一般为IP65，并且这种控制装置一般为灌胶型式，有的人认为由于灌胶，在做完IP等级试验后，里面虽然有水滴，但控制装置依然可以正常工作，是可以接受的。由于灌胶的质量会明显受到制作环境、制作材料，制作工艺等因素的影响，在国内认证中普遍认为灌胶是一种不可重复一致的型式，所以在进行完IP等级试验后LED控制装置里面有水滴是不可接受的。
当对一个IP等级为IP65并且是灌胶结构的独立式LED控制装置进行外壳防护等级试验后，需打开LED控制装置的外壳，查看里面是否有水滴，有水滴则不合格，即使控制装置仍能正常工作。

4.LED控制装置与灯具配套测试时存在的问题
如果LED控制装置与LED路灯的光源腔是分别独立的，且独立式LED控制装置标记上的ta和IP等级与光源腔（灯具）标志上的ta和IP不同，则此独立式LED控制装置应按照LED控制装置标志上的ta和IP等级进行检测进行GB7000.1检测。这个应该比较好理解，因为这个独立式LED控制装置的使用环境完全可以独立于控制装置后面的光源腔，这种情况可能出现在超薄LED路灯灯头结构中。
但是当一个独立式LED控制装置固定在光源腔上时，并且是不可以随意取下来的，则即使在此LED控制装置标志上的ta和IP等级与光源腔（灯具）上的ta和IP等级不同，在对此控制装置进行随机检测时，则没有必要单独按照LED控制装置标志上的ta和IP等级进行GB7000.1检测，但是LED控制装置标志上的ta和IP不得小于光源腔（灯具）上的ta和IP等级。


四.结束语
   近几年，我国LED路灯产业发展迅猛，LED路灯产品在照明市场中的需求越来越大，但部分企业的在设计和生产过程中容易忽略一些细节，所生产的LED路灯及电源控制器产品无法满足国家LED路灯产品的相关安全、EMC及光电性能标准的要求。LED路灯及电源控制器企业的产品质量意识还有待提高，容易出现安全隐患和质量事故，且其产品质量对公众人身财产安全有较重要影响。希望通过上文对标准、概念、案例的解析，能对我们的LED路灯及LED控制装置生产企业在设计、认证、生产和使用中有所帮助。


参考文献
[1] GB 7000.1-2007，灯具 第1部分：一般要求与试验 [S]
[2] GB 7000.203-2013, 灯具 第2-3部分 特殊要求 道路与街路照明灯具 [S]
[3] GB/T 5013.1-2008，额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆 第1部分：一般要求 [S]
[4] CQC12-465313-2010，灯具和灯具用电源导轨系统安全与电磁兼容认证规则 [S]
[5] GB 17743-2007，电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法 [S]
[6] GB 17625.1-2012，电磁兼容 限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A) [S]
[7] GB/T 18595-2001，一般照明用设备电磁兼容抗扰度要求 [S]
[8] GB 19510.1-2009，灯的控制装置  第1部分：荧光灯用交流电子镇流器的特殊要求 [S]
[9] GB 19510.14-2009，灯的控制装置  第14部分：LED模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求 [S]