LED灯启动特性的实验研究与应用

李炳华，覃剑戈，董 青，徐学民，岳云涛，贾 佳

(1.悉地国际建筑设计顾问有限公司，北京 100013；2.北京建筑大学，北京 100044)

LED灯启动特性的实验研究与应用

李炳华1，覃剑戈2，董 青1，徐学民1，岳云涛2，贾 佳2

(1.悉地国际建筑设计顾问有限公司，北京 100013；2.北京建筑大学，北京 100044)

为了研究LED灯的启动特性，我们对3款LED灯启动阶段的电参数进行了测试，并对启动过程的电流波形进行了捕捉。将3款灯具分为延时启动和瞬时启动两类，分别分析了两类灯具的启动时间、峰值电流、启动电流与工作电流的倍数比和其在一般场所及体育场馆当中的应用情况。结果表明，延时启动灯具启动时间长，启动电流小，启动电流与工作电流的倍数比小，可以不考虑过载的影响，适用于民用建筑中一般场所的照明；瞬时启动灯具启动时间短，启动电流大，启动电流与工作电流的倍数比大，必须考虑过载的影响，适用于高等级体育场馆的照明。

LED灯；启动特性；过载特性；延时启动；瞬时启动；照明；体育场馆；灯具

引言

LED 作为一种新型的固态光源，具有高效节能、绿色环保、易于调控等各种优点[1]，受到人们越来越多的重视。在国家“十三五”规划中，节能减排作为重点内容列入其中。作为实现节能减排的重要抓手，LED照明技术发展备受关注。对LED灯系列参数的研究及其在不同场所的应用情况的分析也变得很有必要。

LED 照明以其耗电量小、色品质可调、控制灵活、能瞬时点燃等特点，较适合用于体育照明。由于体育场馆要兼顾比赛和电视转播，因此对照明的要求很高，对 LED 照明的稳定性、眩光、频闪等一系列问题需作进一步的深入探讨[2]。对LED灯而言，由于其启动性能影响到照明的连续性、可靠性和稳定性，因此本文主要研究影响LED灯启动阶段的特性，为LED灯具在民用建筑照明和体育场馆照明的应用提供依据。

1 实验装置与原理

为了测量LED灯的启动特性，我们采用了3款不同的LED灯进行实验，3款灯的基本技术参数如表1所示。

表1 实验用灯基本技术参数

为了使LED灯能准确的在220V电压下启动，实验线路中串接了一个调压器，将输入电压固定在220 V。实验中采用多功能测试仪FLUKE 435b对LED的电流、电压等参数进行测量，并对LED灯的启动瞬变波形进行抓取。实验原理图及实验主要仪器如图1和图2所示。

图1 实验原理图Fig.1 Schematic diagram of experiment

图2 主要实验仪器Fig.2 Main experimental instruments

2 实验结果与分析

2.1 实验结果

图3和图4是W灯具的启动波形和稳态波形，从图3中可以看出W灯具的启动瞬间，启动电流在1 ms内上升到峰值电流9.537 A，然后电流又在1 ms内下降到0以下形成反向峰值电流-8.392 A，接着电流波动上升到工作电流值完成启动过程。从图4中可以看出W灯具在稳态工作时的峰值电流大约为12 A，则工作电流有效值约为8.48 A。我们得到W灯具的启动电流为1.12Ie(Ie为额定电流)，且W灯具从峰值电流到进入稳态的时间约为4 s。

图3 W灯具启动波形Fig.3 Starting wave of W lamp

图4 W灯具稳态波形Fig.4 Steady state wave form of W lamp

图5和图6是S灯具的启动波形和稳态波形，从图5中可以看出灯具的启动瞬间，反向往电源内部的大电容充电，并在1 ms内达到反向峰值电流-11.444 A，然后电容又在瞬间放电且在1 ms内达到正向峰值电流11.444，接着电流在0 A附近进行很小的波动，直到达到稳态完成启动过程。从图6中可以看出S灯具在稳态工作时的峰值电流大约为4 A，则工作电流有效值约为2.9 A。我们得到S灯具的启动电流为3.95Ie，且S灯具从峰值电流到进入稳态的时间为323 ms。

图5 S灯具启动波形Fig.5 Starting wave of S lamp

图6 S灯具稳态波形Fig.6 Steady state wave form of S lamp

图7和图8是L灯具的启动波形和稳态波形，从图7中可以看出L灯具的启动瞬间，启动电流在4 ms内上升到峰值电流46.158 A，然后电流又在4 ms后下降到0以下形成反向峰值电流-9.537 A，接着电流在0 A附近进行很小的波动，直到达到稳态完成启动过程。从图8中可以看出L灯具在稳态工作时的峰值电流大约为4.4 A，则工作电流有效值约为3.1 A。我们得到L灯具的启动电流为15.86Ie，且L灯具从峰值电流到进入稳态的时间为379 ms。

图7 L灯具启动波形Fig.7 Starting wave of L lamp

图8 L灯具稳态波形Fig.8 Steady state wave form of L lamp

2.2 实验结果分析

根据上面的实验数据，得到如表2所示的3个灯具的启动特性参数表。

表2 启动特性参数

从表2中可以看出，三款灯具的启动特性明显不同：S和L灯具的启动时间短，在毫秒级，具有瞬时启动的特点；而W灯具约4 s的启动时间在视觉感受上能体现出明显的延迟，延时启动特征非常明显。在峰值电流方面，W灯具也是明显小于S和L灯具。W灯具的峰值电流只有1.12Ie，而L灯具则高达15.86Ie。

3 结论

由实验测试及结果分析可得如下结论：

1)具有延时启动特性的LED灯启动电流小、启动时间长。所测试的W灯具代表了延时启动灯具，其启动电流小，一般峰值电流不超过1.5Ie，对系统的冲击小；但延时启动具有启动时间长的特点，通常能达到1～4 s，由于驱动电源电路通常具有软启动、软停止功能，驱动电路比较复杂，造价较高，因此这类灯具可应用于民用建筑中一般场所的照明。这主要利用该类灯具启动电流小的特点。由于灯具使用量大，使用这类LED灯可以避免较大的启动电流。

2)具有瞬时启动特性的LED灯启动电流大、启动时间短。瞬时启动的灯具(例如S、L灯具)启动电流大，峰值电流高达15Ie，甚至更大，对系统冲击大，但启动时间很短，达到毫秒级。这类灯具的驱动电源电路相对简单，因此造价相对便宜。所以这类灯具可应用于对照明连续性要求高的场所或房间。这主要利用该类灯具启动时间短的特点，实现连续照明和快速恢复照明，例如安全照明、重大国际比赛的场地照明等。

我们共对7款大中容量的LED灯进行试验，验证了本文的结论。但需要说明如下：

1)LED灯过载发生在启动过程中，启动完成后工作电流达到稳态，光输出也趋于稳定。

2)启动过程的峰值电流具有随机性，与开灯的时机有关。LED灯输入的交流电，闭合开关的瞬间如果处在0点与最大值，其启动过程的峰值电流是不一样的。

[1] 窦林平.2016中国LED照明行业趋势展望[J].照明工程学报, 2016,27(1):I0007-I0009.

[2] 林若慈, 王飞翔，高雅春.体育场馆照明现状分析及展望[J]. 照明工程学报, 2016,27(2):4-27.

[3] 王长全, 张贵新, 董晋阳, 等.无极灯启动特性研究[J]. 真空科学与技术学报,2011，(5):536.

[4] 高洋洋, 周卫宁, 王夏霄, 等. 光纤陀螺用SLD启动特性及影响研究[J]. 半导体光电, 2015,(6)：875.

[5] 崔建国,宁永香. 利用“软启动电路”消除开关电源浪涌电流[J]. 山西电子技术，2009,(4):24-25.

[6] 王声学,吴广宁,蒋伟,等. LED原理及其照明应用[J].灯与照明, 2006，(4):32-35.

济南“一湖一环”景观照明工程招标

2017年7月27日，备受市民关注的“一湖一环”景观照明工程在济南市公共资源网挂出了招标信息。该工程招标人是新组建的济南文旅发展集团有限公司，工程包括大明湖风景区、环城公园、趵突泉公园、五龙潭公园及设计范围内的区域，项目总投资额为5.2亿元，造价约2.42亿元。

在今年召开的济南市第十一次党代会报告中提出要以“一湖一环”为重点打造“泉城夜宴”，这意味着济南大明湖和环城公园附近，将有和杭州西湖、南京玄武湖、南昌赣江两岸一样别致的夜间亮化景观。今年的济南市政府工作报告中在提升泉城特色品味时，再次提到实施“一湖一环”景观亮化工程，打造“泉城夜宴”。可见济南市对“一湖一环”景观照明工程的重视。

27日挂出的是“一湖一环”景观照明工程的项目施工资格预审公告和项目监理资格预审公告，从这两则招标信息中，能一窥未来“一湖一环”景观照明的模样。

该项目的招标人是济南文旅发展集团有限公司，资金来自财政投资，工程地点在明湖风景区、环城公园、趵突泉公园、五龙潭公园及设计范围内的区域，该区域也是天下第一泉风景区，工程建成后，势必将带来景区品质和景色的提升。

Experimental Research and Application of Starting Characteristic of LED Lamp

LI Binghua1， QIN Jiange2， DONG Qing1， XU Xuemin1， YUE Yuntao2， JIA Jia2

(1.CCDIGROUP,Beijing100013,China; 2.BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitectureization,Beijing100044,China)

In this paper, In order to study the starting characteristic of LED lamp, the electrical parameters of three LED lamps in the starting phase are measured, and the current waveform of the starting process is captured.The three lamps are divided into two types: delay start and instantaneous start, and the starting time, peak current, multiple ratio of starting current to operating current and their application in general places and gymnasiums are analyzed respectively in two kinds of lamps.The results show that the starting time of the delayed starting lamp is long, the starting current is small, the ratio of the starting current to the operating current is small. This kind of LED lamp can not consider the influence of overload, which is suitable for lighting in general places of civil buildings.The starting time of the instantaneous starting lamp is short, the starting current is large, the ratio of the starting current to the operating current is large.The effects of overloading of this kind of LED lamp must be considered and applied to the lighting of Stadiums.

LED lamp; starting characteristic; overload characteristic; delayed start; instantaneous start; lighting; stadium; lamp

TM923

B

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.04.022