戶外LED驅(qū)動(dòng)電源的防雷要求詳細(xì)解析
發(fā)布時(shí)間:2014-08-20 責(zé)任編輯:echotang
【導(dǎo)讀】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電源來說是必須要考量的。本文介紹戶外LED驅(qū)動(dòng)電源的防雷要求技術(shù)解析。
雷擊是一種常見的自然現(xiàn)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(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。由于直接雷所帶來的能量沖擊非常大,破壞力極強(qiáng),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(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電源來說是必須要考量的。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的瞬態(tài)能量或?qū)⒛芰客ㄟ^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)電源的要求來說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)比較難突破的問題。當(dāng)然,電子技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在,從技術(shù)層面來說都不是很大的挑戰(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)往往是通過增加一個(gè)獨(dú)立的浪涌抑制器來解決。通過在輸入與戶外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)立式防雷器來說,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、斷開電感、容性負(fù)載或大型負(fù)載、電力系統(tǒng)的切換、與開關(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)過電壓(或過電流)。例如大功率驅(qū)動(dòng)電源在開通瞬間,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)載太大開機(jī)瞬間產(chǎn)生浪涌沖擊;合理配置閘刀,開或關(guān)須逐級(jí)進(jìn)行。這些都可有效地避免帶來操作浪涌沖擊,從而使得LED驅(qū)動(dòng)電源能更可靠的工作。
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