一种解决LED普通照明灯具电气强度测试中拉弧或灯珠失效的方法

李柏林，罗婉霞

（广州广日电气设备有限公司，广东广州 511447）

一种解决LED普通照明灯具电气强度测试中拉弧或灯珠失效的方法

李柏林，罗婉霞

（广州广日电气设备有限公司，广东广州 511447）

针对LED普通照明灯具在电气强度测试过程中，会出现拉弧或灯珠失效的常见现象，对此现象从LED普通照明灯具的常见结构分析，给出了灯具带电部件（基板）距外壳爬电距离的安全值，并从LED本身封装设计特点，对LED基板表面接设旁路安规电容的设计方法，有效的解决了LED普通照明灯具在电气强度测试中拉弧或LED灯珠失效的现象，提高了LED灯具使用寿命，达到了安规标准要求。

LED灯具；电气强度；拉弧现象；灯珠失效；爬电距离

0 前言

当前LED普通照明灯具的广泛应用，其节能、环保以及灵巧优美的外观设计，越来越多的被大多民众接受并认可。但同时，各企业的产品安全性能也是良莠不齐，国内及国内地方政府对LED灯具的安全性也是三番五令的强调，并制定出相关标准为企业及认证机构提供产品设计参考及判断标准，以来引导LED照明灯具行业的蓬勃健康发展。

其中，LED照明灯具安规认证中最为关键的测试项目为电气强度测试，在测试过程中，LED灯具较为常见的现象是出现拉弧及灯珠失效，常因此而失去LED灯具应有的安全性能。本文就此问题点并结合安规测试判断标准，从LED普通照明灯具常见结构及LED本身封装设计进行分析，给出了灯具带电部件（基板）距外壳爬电距离的经验安全值，以及对LED基板表面接入旁路安规电容的设计方法，有效的解决了LED照明灯具在电气强度测试中拉弧或灯珠失效现象，提高了LED灯具使用寿命，达到了安规标准要求。本文就此做以下阐述：

1 电气强度测试判断的标准

在GB7000.1-2007灯具一般要求与试验、GB19510-2009灯的控制装置对灯具的电气强度测试规定中，明确要求灯具在此测试期间，不得发生拉弧或击穿（灯珠失效）现象［1-2］。见表1，为不同类型灯具在电气强度测试中的实验电压及判断标准［2］。

表1 电气强度试验电压及判断标准

2 爬电距离的安全阈值

LED是一种半导体发光二极体，其在工作期间，大概只有30%～40%的输入电能转化为光能，其余60%～70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化为热能。这就要求在LED灯具结构设计中，必须考虑其散热问题。一般情况下，考虑该散热结构的成本及加工可行性，金属材料为其散热部件为诸多企业采用的常见方法。（见图1）。

图1 LED普通照明灯具散热基本结构

由图1可知，LED普通照明灯具散热基本形式为：LED→基板→金属散热底座，但更多时候金属散热底座为LED灯具外壳。LED发出的热量经铺了铜箔的基板由金属散热底座（外壳）散发出去。在由金属材料作为散热结构的形式中，因LED灯珠以SMT形式贴片在基板上，可将LED视同基板上的铜箔，即基板上布置的铜箔（LED）与金属散热底座的距离是导致LED灯具拉弧及灯珠失效原因之一（爬电距离），基板的常见结构示意图见图2。

图2 基板结构示意图

所说的爬电距离是指基板上铺设的铜箔离散热基座（金属材料）或铜箔与散热基座连接的金属导电部件的距离。在LED照明灯具结构设计中，保证足够的爬电距离是避免LED灯具产生拉弧及灯珠失效的有效措施之一。表2为给出的LED灯具设计过程中有效爬电距离安全值。值得说明的是，基板的固定方式多采用金属部件固定于散热基座上，铜箔距金属部件的最近距离同样需满足该爬电距离要求。如图3所示，为一款基座为金属、输入电压AC220V，灯具类型为II类的LED普通照明灯具，其铝基板所设铜箔局部安全爬电距离及相关注意事项示例图。

表2 LED灯具爬电距离安全阈值

图3 基板设计注意事项示例图

3 接设旁路安规电容

根据不同的应用场合、不同的外形尺寸、散热方案和发光效果，LED封装形式多种多样。当前，LED普通照明灯具使用较多的为SMD-LED。此种封装形式，缩小了LED灯珠的尺寸并减小了LED灯珠的重量。但同时也因尺寸体积较小，导致LED的正负电极离LED自身基板安全距离不足。但热电技术封装形式的LED因电极与LED自身基板被绝缘材料隔离确不会产生所述拉弧或LED灯珠失效现象。因此，在LED照明灯具设计过程中，除保证足够的安全爬电距离外，LED灯珠自身封装原因也是导致灯具拉弧或LED灯珠失效的原因之一。如图4所示，在保证足够的爬电距离后LED灯具在电气强度测试中所产生的拉弧现象。

图4 LED灯具拉弧现象

因此，解决LED普通照明灯具在电气强度测试中所产生的拉弧或灯珠失效现象，是提高LED灯具使用寿命，达到安规要求的必要条件之一。基板及基板上的LED因电气强度测试所产生的电弧若能通过一种方法将其传导出去，将会很好解决此类问题。基板上铺设旁路安规电容不失为一种可行的方法。接设的2件旁路安规电容，其中的一件一端连接LED灯珠的正极，并一端接外壳，另一件一端连接LED灯珠负极，一端接外壳。LED灯具在电气强度测试中所产生的电弧经旁路电容的存放电而传导到LED灯具外壳上，有效的避免了LED灯具拉弧或灯珠失效现象，其旁路安规电容接设原理见图5，LED灯具旁路安规电容接设实物详解见图6。接设了安规旁路电容后电气强度测试无拉弧现象，具体可见图7。接设旁路安规电容主要目的是通过旁路安规电容分别将LED正负极有效接入灯具外壳，接设的旁路安规电容共需2件。

同时，需说明的是，随着LED灯具模组化的应用与推广，也有愈来愈多的以模组化为单元的整灯LED灯具出现于各企业。但若几个模组拼设为整灯，在保证足够的爬电距离后，其中一个模组接设了旁路安规电容，便可同样解决LED照明灯具拉弧或灯珠失效现象。

图5 旁路安规电容接设原理图

图6 LED灯具实物详解图

图7 接设旁路安规电容后无拉弧

4 结论

在LED普通照明灯具设计中，根据LED灯具防触电保护形式的类型，保证灯具基板的安全爬电距离，并通过基板上接设旁路安规电容的方法，可以有效解决LED普通照明灯具在电气强度测试中所产生的拉弧或LED灯珠失效现象。

［1］GB7000.1-2007.灯具一般要求与试验［S］.

［2］GB19510-2009.灯的控制装置［S］.

A Solution for Electric Arc or Light Beads Failure in the Electric Strength Test for General Illuminative Appliances

LI Bo-lin，LUO Wan-xia
（Electricity Facilities Guangri Guangzhou Co.，Ltd，Guangzhou511447，China）

In the electric strength test for general illuminative appliances， electric arc or light beads failure is common.The author studied the structure of general LED illuminative appliances，and provided a security level for the creepage distance between the interior live parts and the exterior.From analyzing the design of a bypass safety capacitor on the LED substrate surface，the author found an effective solution to mitigate electric arc or light beads failure in the electric strength test， which extends the light span of LED illuminative appliances and conforms to the safety regulations.

LED illuminative appliances；electric strength test；electric arc phenomenon；light beads failure；creepage distance

TM923

B

1009－9492(2014)03－0081－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.025

李柏林，男，1983年生，安徽界首人，大学本科。研究领域：LED及LED照明灯具。已发表论文1篇。

(编辑：王智圣)

2013－09－26