采用LED的道路灯具的现状及改进方向[3]

　　二、LED 控制装置方面的问题

　　图 1 是LED 的道路灯具采用的一个LED 控制装置（驱动电路）的电路图，在目前LED 道路灯具中80％左右都采用这一电路。这一电路在电磁兼容的功能方面，采用了有源功率因数校正电路和共模、差模滤波电路，所以其谐波和电源端子干扰（EMI）等指标都能可靠达到标准要求。但是其防雷电干扰方面却存在明显的缺陷。

图1 目前普遍采用的LED 控制装置（驱动电路）的电路图

　　1、雷电的差模干扰、防护要求和对策

　　我们知道，雷电发生时，会向空中发射一个广谱的无线电波，这一电波被架空的电源线接受，由于我国的三相四线制供电网络是采用的零线接地的极性电源供电方式，这就造成了每一单相供电线路在接受感应的雷电脉冲电压信号时，会因为两根供电线路对地泄放回路的阻抗不同而使两根导线之间产生一个差模（即输入两根电极之间）的雷电脉冲电压干扰信号，这一差模干扰信号在到达整流二极管时，只要高于二极管的最高反向耐压，整流电路就会被瞬时击穿损坏。在电路中，EMI 防护的LC 电路对雷电感应信号稍有一些削弱的作用，但主要是依靠并联在电路输入端的压敏电阻（图中MOV1 和MOV4）来防护雷电感应的差模干扰。控制装置对差模防雷电感应的需求是，压敏电阻在正常工作时应处于高阻状态，当差模雷电信号到来时，削弱这一信号的幅值使雷电信号小于整流二极管的最大反向耐压，这一电路在这一方面依然是比较成功的。

　　2、雷电的共模干扰防护需求及对策

　　雷电发射的无线电波在被架空的电源线接收后，因为每一导线对瞬时感应的雷电信号泄放回路都存在一个阻抗，所以同时会产生一个两极对地之间的共模干扰信号，电路图中采用MOV2、MOV3 和RAI 组成的对地泄放回路来解决这一问题。当共模的雷电感应信号在500～600V 时，压敏电阻和防雷管动作，把雷电感应信号幅值削低。单纯从雷电防护角度讲这一电路是可行的，但是，由于这一电路的存在，却破坏了整个控制装置的基本绝缘和防触电要求。众所周知，电器中的接地端子在通电工作时都是能被触及的，在防触电指标方面，都是采用双重保险的方法，例如防触电保护Ⅰ类的灯具，是由基本绝缘加外部可触及金属的接地来实现双重保险。这样当外部接地连接线被断开时，还有基本绝缘作为保障，在这一电路中对于输入电路与接地端子之间连接的元件，实际是“跨接”了基本绝缘，对于这种跨接基本绝缘的元件或组合件，在GB19510.14/IEC61347-2-13（LED 控制装置的安全要求）标准及引用的GB8898/IEC60065 标准中有严格的要求，规定跨接基本绝缘的电容应是Y2 电容，其直流或峰值耐压可达6KV，规定跨接强化绝缘的电容应是Y1 电容，其直流或峰值耐压可达8KV，以做到万无一失。从图中可看出，在EMI 的防护电路中，以及输入/输出的隔离方面，都采用了Y1 电容和光电隅合器，这是符合要求的，但同样是跨接基本绝缘的MOV2、MOV3 和RAI 组成的防雷电路，则根本不符合作为跨接基本绝缘的元件要求，对于跨接基本绝缘的组合件，应经得起基本绝缘所要求的介电强度，而该电路中采用的防雷管RAI 显然不能达到这一要求，当防雷管处于导通状态时，两个压敏电阻就变成直接跨接基本绝缘的电阻，对于此类电阻，GB8898/IEC60065 标准14.1中有明确规定，电阻的阻值在过载时应足够稳定，并且电阻上应明显看得出（或可确定），其两个电极之间的电气间隙应≥3mm，从上述这两条要求来看，压敏电阻在过载时阻值骤变并且两个电极之间的电气间隙不到3mm,显然不符合这些要求。

　　LED 控制装置共模防感应雷电的需求是，因为电路（基本都在PCB 板上）与壳之间应具备基本绝缘，所以在基本绝缘的介电强度阀值（2U＋1000V，基本为1440V）下，是其自身能抵抗的，不需要防感应雷电电路过早地起作用, 防感应雷电电路过早地起作用降低了基本绝缘的抗电抗度要求，从理论上讲，防感应雷电电路的动作阀值应在2U＋1000V 以上才起作用。在实际应用中，控制装置线路板及各元件与壳之间的电气间隙应保持在3mm 以上，在外壳较薄易形变的位置及电气间隙可能变化的场合还应加有抗电强度达3000V 以上的绝缘内衬（聚酯薄膜），使LED 控制装置的抗电强度能可靠达2200V（有效值）以上。而把防雷电感应器件的动作阀值控制在2500V（峰值）左右，即基本绝缘能力和防感应雷电的动作阀值有一个交叉的区域，这样就能保证LED 控制装置既具有良好的防感应雷电的功能，又具有完全符合标准要求的抗电强度及防触电特性。人类的防雷电的能力是有限的，只能基本防止感应雷电对LED控制装置的破坏作用，而如果是雷电直接击中，是无法防止其损坏的。