詳解戶外LED驅動電源的防雷要求

來源：慧聰LED屏網  作者：秩名2014年05月07日 11:31

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[導讀] 戶外照明在國內外眾多的示范工程中得到廣泛應用，基于其苛刻的使用環境，戶外LED照明驅動電源在設計時必須要重點評估諸如因防水、高溫、雷擊等因素而引發的問題。本文將針對其中的防雷要求作重點討論。

關鍵詞：LED驅動電源LED

　　雷擊是一種常見的自然現象，特別是在雨季尤為常見。其所帶來的危害和損失全球每年以千億美元來計。雷擊分為直接雷和間接雷，間接雷主要包括傳導雷和感應雷。由于直接雷所帶來的能量沖擊非常大，破壞力極強，一般電源是無法承受的。故本文要討論的是指間接雷，包括傳導雷和感應雷二種雷擊類型。

　　雷擊所形成的浪涌沖擊是一種瞬態波，是一種瞬變干擾，可以是浪涌電壓也可以是浪涌電流。沿著電源線或其它路徑（傳導雷）或通過電磁場（感應雷）而傳送至電源線路。其波形特征是先快速上升然后慢慢下降。這種現象會對電源產生致命的影響，由于其產生的瞬間的浪涌沖擊遠遠超出一般電子器件的電性應力，導致的直接結果是電子元件損壞。

　　如果是智能電源的話，即便是瞬態的浪涌沖擊沒有對器件造成損壞也可能會干擾程序的正常運行，從而發出錯誤性指令，致使電源無法按預期的指令工作。這也很好的解釋了為什么浪涌（沖擊）抗擾度在安規認證中是屬于電磁兼容的范疇。

　　對戶外LED照明驅動電源而言，使用環境決定了防雷擊是衡量其性能的一個重要陳浩專欄指標。故防雷設計對戶外LED電源來說是必須要考量的。圖1所示的是一個電源AC輸入端典型的防雷電路，其主要的是機理是吸收雷擊所帶來的瞬態能量或將能量通過預定的路徑泄放到大地，從而避免對電源后端的沖擊。

　　該設計包含了二級防護電路，一級保護電路由保險絲FUSE、壓敏電阻器MOV1，氣體放電管AR3組成；二級保護電路由壓敏電阻器MOV2、MOV3，氣體放電管AR1、AR2；二級防護的作用各有不同，一級保護電路主要負責處理差模浪涌，對電源端口的差模浪涌電壓進行瞬間吸收。二級保護電路主要負責處理共模浪涌，通過壓敏電阻、防雷管的有效吸收及對地的能量泄放，使浪涌沖擊在經過此級保護電路后大大降低。

　　防雷是一種約定俗成的習慣稱謂，轉化為對電源的要求來說是指電源要具備防浪涌沖擊的一種能力。LED驅動電源在安規認證上要求要對其進行浪涌（沖擊）抗干擾度試驗，以保證電源具有一定的抗干擾能力。國內執行的標準是GB/T17626.5《電磁兼容試驗和測試技術浪涌（沖擊）抗擾度試驗》，此標準等同采用IEC61000-4-5：2005。

　　LED驅動電源是作為LED燈具的一個部件而存在的，當LED驅動電源與LED模塊分別放置時，LED驅動電源的輸出端口和LED模塊輸入端口須滿足此標準的規定：能承受線與線間2kV、線與地間4kV（即差模2KV、共模4KV的標準）的浪涌沖擊。同時對LED燈具交流電源端口同樣有此要求。

　　目前LED戶外驅動電源在對防雷擊方面還是一個比較難突破的問題。當然，電子技術發展到現在，從技術層面來說都不是很大的挑戰，只是因為LED燈具對電源整體尺寸有要求和限制，在一個有限的空間內設計出滿足防雷要求的電源則顯得還不是那么容易。一般地，現行的GB/T17626.5只建議產品要滿足差模2KV、共模4KV的標準。事實上，此規格遠不能滿足實際的要求，尤其是用于特殊條件如港口碼頭、周邊有大型機電設備的工廠或雷擊多發區。

　　為了解決這一矛盾，很多工程企業往往是通過增加一個獨立的浪涌抑制器來解決。通過在輸入與戶外LED驅動電源（不限于LED驅動電源，可泛指電子設備，下同）間增加一個獨立的防雷設備，以此來化解雷擊對戶外LED驅動電源的威脅，從而極大地保證了電源的可靠性。有必要指出，對于獨立式防雷器來說，其參考標準與一體式的電源防雷標準不同，其參考的標準為IEC61643-1或EN61643-11。獨立式防雷器一般都由多級防護線路組成。為保護后級的電源設備，它必須保證經過其多級保護后的殘余電壓小于后級電源能承受的浪涌沖擊電壓，此值越小越好，一般要求小于1.5KV，設計比較好的產品此值可低于0.8KV。

　　事實上，電源除了在遭受雷擊外，在接通、斷開電感、容性負載或大型負載、電力系統的切換、與開關器件相關聯的諧振現象及各種系統故障如系統組合對接地系統的短路和電弧故障均會產生很高的瞬時過電壓（或過電流）。例如大功率驅動電源在開通瞬間，特別是在冷啟機條件下，會產生一個很大的浪涌電流流入電源設備，是因為電源里面有很多不同用途的電容，尤其是用于PFC（功率因數調整）線路后的高壓、大容量的電解電容，在啟機前電壓很低，在接通市電很短的時間內對電容迅速充電，該峰值電流遠遠大于穩態條件下的輸入電流。

　　如果同時恰好在輸入電壓為90度相位角時接通，這個時候的沖擊電流會更大。

　　如何保證戶外LED驅動電源滿足防雷的要求，除了設計相應的防雷電路外，同時要充分考慮到元件的應力能力，尤其是電源輸入端的壓敏電阻、放電管、整流橋、保險絲、EMI濾波等器件，要充分考慮到可能承受的浪涌水平。至少要保證滿足相關標準如GB/T17625.6（等同采用IEC61000-4-5：2005）或IEC61643-1或EN61643-11的基本要求。

　　此外，在驅動電源的正確安裝和使用方面也有一些事項值的注意。如電源必須可靠接地，以保證沖擊能量有固定路徑可泄放；采用專用線路為戶外驅動電源供電，避免周邊有大型的機電設備以避免在機電設備啟動時產生浪涌沖擊；合理控制每條支路上燈具（或電源）的負載總量，避免因負載太大開機瞬間產生浪涌沖擊；合理配置閘刀，開或關須逐級進行。這些都可有效地避免帶來操作浪涌沖擊，從而使得LED驅動電源能更可靠的工作。

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