LED路灯防浪涌干扰设计中亟待解决的绝缘耐压问题[1]

　　防浪涌或防瞬变干扰常用的器件有气体放电管、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变电压吸收二极管和固体放电管几种，以及它们的组合。LED 路灯防雷电干扰电路及其装置一般与LED 控制装置成为一体，常用的有气体放电管和压敏电阻的组合。

　　一、气体放电管和压敏电阻组合构成的抑制电路原理

　　由于压敏电阻（VDR）具有较大的寄生电容，用在交流电源系统，会产生可观的泄漏电流，性能较差的压敏电阻使用一段时间后，因泄漏电流变大可能会发热自爆。为解决这一问题在压敏电阻之间串入气体放电管。图1 中，将压敏电阻与气体放电管串联，由于气体放电管寄生电容很小，可使串联支路的总电容减至几个pF。在这个支路中，气体放电管将起一个开关作用，没有暂态电压时，它能将压敏电阻与系统隔开，使压敏电阻几乎无泄漏电流。但这又带来了缺点就是反应时间为各器件的反应时间之和。例如压敏电阻的反应时间为25ns，气体放电管的反应时间为100ns，则图2 的R2、G、R3 的反应时间为150ns，为改善反应时间加入R1 压敏电阻，这样可使反应时间为25ns。

　　金属氧化物压敏电阻（MOV）的电压-电流特性见图3，金属氧化物压敏电阻（MOV）特性参数见表1。气体放电管（GDT）的电压-电流特性见图4，气体放电管（GDT）特性参数见表2。

　　由于浪涌干扰所致，一旦加在气体放电管两端的电压超过火花放电电压（图4 的u1）时，放电管内部气体被电离，放电管开始放电。放电管端的压降迅速下降至辉光放电电压（图4 的u2）（u2 在表2 中的数值为140V 或180V，与管子本身的特性有关），管内电流开始升高。随着放电电流的进一步增大，放电管便进入弧光放电状态。在这种状态下，管子两端电压（弧光电压）跌得很低（图4的u3）（u3 在表2 中数值为15V 或20V，与管子本身的特性有关），且弧光电压在相当宽的电流变动范围（从图4 的i1→i2 过程中）内保持稳定。因此，外界的高电压浪涌干扰，由于气体放电管的放电作用，被化解成了低电压和大电流的受保护情况（u3 和i2），且这个电流（从图4 的i2→i3）经由气体放电管本身流回到干扰源里，免除了干扰对灯具可能带来的危害。随着浪涌过电压的消退，流过气体放电管的电流降到维持弧光放电状态所需的最小值以下（约为10mA~100mA，与管子本身的特性关）,弧光放电便停止，并再次通过辉光放电状态后，结束整个放电状态（熄弧）。

　　二、具有防浪涌干扰功能的 LED 路灯普遍存在的绝缘耐压问题

　　1、灯具耐压问题存在的现状

　　在采用上述气体放电管和压敏电阻组合构成的抑制电路防浪涌干扰的LED路灯普遍存在的绝缘耐压问题是在灯具的带电部件与金属部件之间不能承受2U+1000（V）的基本绝缘的电压，常见在600V 左右发生击穿现象。造成绝缘耐压问题的根源是气体放电管的耐压参数选择不合理所致。与其说是LED 路灯存在的绝缘耐压问题，倒不如说是LED 控制装置存在的绝缘耐压问题。因为防浪涌干扰电路通常位于LED 控制装置中。带有防浪涌干扰功能的LED 控制装置应符合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》和GB19510.1-2000《灯的控制装置第 1 部分：一般要求和安全要求》。

　　2、耐压问题存在的疑问及其解答

　　制造商往往会对绝缘耐压的试验方法产生疑问，认为气体放电管和压敏电阻的串联电路在绝缘耐压试验时应该断开。

　　疑问主要来自于以下两个理由：疑问理由 1：GB 7000.1-2007《灯具－第1 部分:一般要求与试验》的“10.2绝缘电阻和电气强度”中规定：“进行这些试验时，下述部件应断开，使试验电压加到部件的绝缘上，而不是加到这些部件的电容或电感功能元件上：a) 旁路连接的电容器；b) 带电部件和灯具壳体之间的电容器；c) 连接在带电部件之间的扼流圈和变压器。”图2 中的L-R2-G-PE 或N-R3-G-PE 是否应该断开？

　　对于上述 GB7000.1-2007 中10.2 试验时要断开的部件是指灯具点灯电路中附加的电容或组件，而不包括LED 控制装置（部件）中的元器件。LED 控制装置的电气强度试验依据GB 19510.14-2009 和GB19510.1-2000 标准的要求。灯具在进行电气强度试验时，控制装置中的电容或组件不应断开。