詳解戶外LED驅(qū)動(dòng)電源的防雷要求

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

雷擊所形成的浪涌沖擊是一種瞬態(tài)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(dǎo)雷)或通過(guò)電磁場(chǎng)(感應(yīng)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(xiàn)象會(huì)對(duì)電源產(chǎn)生致命的影響，由于其產(chǎn)生的瞬間的浪涌沖擊遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般電子器件的電性應(yīng)力，導(dǎo)致的直接結(jié)果是電子元件損壞。

如果是智能電源的話，即便是瞬態(tài)的浪涌沖擊沒(méi)有對(duì)器件造成損壞也可能會(huì)干擾程序的正常運(yùn)行，從而發(fā)出錯(cuò)誤性指令，致使電源無(wú)法按預(yù)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(guī)認(rèn)證中是屬于電磁兼容的范疇。

對(duì)戶外LED照明驅(qū)動(dòng)電源而言，使用環(huán)境決定了防雷擊是衡量其性能的一個(gè)重要陳浩專欄指標(biāo)。故防雷設(shè)計(jì)對(duì)戶外LED電源來(lái)說(shuō)是必須要考量的。圖1所示的是一個(gè)電源AC輸入端典型的防雷電路，其主要的是機(jī)理是吸收雷擊所帶來(lái)的瞬態(tài)能量或?qū)⒛芰客ㄟ^(guò)預(yù)定的路徑泄放到大地，從而避免對(duì)電源后端的沖擊。

該設(shè)計(jì)包含了二級(jí)防護(hù)電路，一級(jí)保護(hù)電路由保險(xiǎn)絲FUSE、壓敏電阻器MOV1，氣體放電管AR3組成;二級(jí)保護(hù)電路由壓敏電阻器MOV2、MOV3，氣體放電管AR1、AR2;二級(jí)防護(hù)的作用各有不同，一級(jí)保護(hù)電路主要負(fù)責(zé)處理差模浪涌，對(duì)電源端口的差模浪涌電壓進(jìn)行瞬間吸收。二級(jí)保護(hù)電路主要負(fù)責(zé)處理共模浪涌，通過(guò)壓敏電阻、防雷管的有效吸收及對(duì)地的能量泄放，使浪涌沖擊在經(jīng)過(guò)此級(jí)保護(hù)電路后大大降低。

防雷是一種約定俗成的習(xí)慣稱謂，轉(zhuǎn)化為對(duì)電源的要求來(lái)說(shuō)是指電源要具備防浪涌沖擊的一種能力。LED驅(qū)動(dòng)電源在安規(guī)認(rèn)證上要求要對(duì)其進(jìn)行浪涌(沖擊)抗干擾度試驗(yàn)，以保證電源具有一定的抗干擾能力。國(guó)內(nèi)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T17626.5《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)》，此標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC61000-4-5：2005。

LED驅(qū)動(dòng)電源是作為L(zhǎng)ED燈具的一個(gè)部件而存在的，當(dāng)LED驅(qū)動(dòng)電源與LED模塊分別放置時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)電源的輸出端口和LED模塊輸入端口須滿足此標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：能承受線與線間2kV、線與地間4kV(即差模2KV、共模4KV的標(biāo)準(zhǔn))的浪涌沖擊。同時(shí)對(duì)LED燈具交流電源端口同樣有此要求。

目前LED戶外驅(qū)動(dòng)電源在對(duì)防雷擊方面還是一個(gè)比較難突破的問(wèn)題。當(dāng)然，電子技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)都不是很大的挑戰(zhàn)，只是因?yàn)長(zhǎng)ED燈具對(duì)電源整體尺寸有要求和限制，在一個(gè)有限的空間內(nèi)設(shè)計(jì)出滿足防雷要求的電源則顯得還不是那么容易。一般地，現(xiàn)行的GB/T17626.5只建議產(chǎn)品要滿足差模2KV、共模4KV的標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，此規(guī)格遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際的要求，尤其是用于特殊條件如港口碼頭、周邊有大型機(jī)電設(shè)備的工廠或雷擊多發(fā)區(qū)。

為了解決這一矛盾，很多工程企業(yè)往往是通過(guò)增加一個(gè)獨(dú)立的浪涌抑制器來(lái)解決。通過(guò)在輸入與戶外LED驅(qū)動(dòng)電源(不限于LED驅(qū)動(dòng)電源，可泛指電子設(shè)備，下同)間增加一個(gè)獨(dú)立的防雷設(shè)備，以此來(lái)化解雷擊對(duì)戶外LED驅(qū)動(dòng)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(duì)于獨(dú)立式防雷器來(lái)說(shuō)，其參考標(biāo)準(zhǔn)與一體式的電源防雷標(biāo)準(zhǔn)不同，其參考的標(biāo)準(zhǔn)為IEC61643-1或EN61643-11。獨(dú)立式防雷器一般都由多級(jí)防護(hù)線路組成。為保護(hù)后級(jí)的電源設(shè)備，它必須保證經(jīng)過(guò)其多級(jí)保護(hù)后的殘余電壓小于后級(jí)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(shè)計(jì)比較好的產(chǎn)品此值可低于0.8KV。

事實(shí)上，電源除了在遭受雷擊外，在接通、斷開(kāi)電感、容性負(fù)載或大型負(fù)載、電力系統(tǒng)的切換、與開(kāi)關(guān)器件相關(guān)聯(lián)的諧振現(xiàn)象及各種系統(tǒng)故障如系統(tǒng)組合對(duì)接地系統(tǒng)的短路和電弧故障均會(huì)產(chǎn)生很高的瞬時(shí)過(guò)電壓(或過(guò)電流)。例如大功率驅(qū)動(dòng)電源在開(kāi)通瞬間，特別是在冷啟機(jī)條件下，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的浪涌電流流入電源設(shè)備，是因?yàn)殡娫蠢锩嬗泻芏嗖煌猛镜碾娙?，尤其是用于PFC(功率因數(shù)調(diào)整)線路后的高壓、大容量的電解電容，在啟機(jī)前電壓很低，在接通市電很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)電容迅速充電，該峰值電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)條件下的輸入電流。

如果同時(shí)恰好在輸入電壓為90度相位角時(shí)接通，這個(gè)時(shí)候的沖擊電流會(huì)更大。

如何保證戶外LED驅(qū)動(dòng)電源滿足防雷的要求，除了設(shè)計(jì)相應(yīng)的防雷電路外，同時(shí)要充分考慮到元件的應(yīng)力能力，尤其是電源輸入端的壓敏電阻、放電管、整流橋、保險(xiǎn)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(qū)動(dòng)電源的正確安裝和使用方面也有一些事項(xiàng)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(qū)動(dòng)電源供電，避免周邊有大型的機(jī)電設(shè)備以避免在機(jī)電設(shè)備啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生浪涌沖擊;合理控制每條支路上燈具(或電源)的負(fù)載總量，避免因負(fù)載太大開(kāi)機(jī)瞬間產(chǎn)生浪涌沖擊;合理配置閘刀，開(kāi)或關(guān)須逐級(jí)進(jìn)行。這些都可有效地避免帶來(lái)操作浪涌沖擊，從而使得LED驅(qū)動(dòng)電源能更可靠的工作。