LED控制裝置標(biāo)準(zhǔn)中主要性能要求的解析

LED在開始工作時，不需要預(yù)熱和觸發(fā)脈沖；在正常工作時，可以在特低安全電壓下工作，這些都是LED較其它氣體放電光源來說獨特的優(yōu)點。照明LED的典型伏安特性曲線如圖1所示，LED的正常工作區(qū)域是圖中VF（0）--VF段。從該工作段可以看出，要使LED的工作穩(wěn)定，最有效的辦法是采用控制其工作電流的方法來實現(xiàn)LED工作點的穩(wěn)定，所以對于單串的LED模塊，采用恒流源驅(qū)動或通過調(diào)整工作電流來實現(xiàn)調(diào)光是最可靠的首選方法。但是，如果采用恒壓電路，再外加或利用LED模塊中的恒流電路，也能達到使LED穩(wěn)定工作的目的，此時，恒壓電路和再外加或利用LED模塊中的恒流電路應(yīng)該結(jié)合起來視作為一個LED控制裝置。因為LED的熱負(fù)阻特性，所以單純的恒壓電路（例如開關(guān)電源）是不能作為LED驅(qū)動電路的。

圖1  照明LED的典型伏安特性曲線

針對照明用LED模塊的特點，IEC標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布了IEC 62384:2006標(biāo)準(zhǔn)，全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會也頒布了GB/T24825-2009,該國標(biāo)不僅保留了IEC 62384的全部內(nèi)容，還增加了LED控制裝置的能效要求。

一、輸出電壓和電流

1、啟動和連接要求

LED控制裝置內(nèi)連接在輸出端的儲能電容，會在啟動或連接LED時，產(chǎn)生短時間的浪涌電壓或浪涌電流，對這些浪涌電量不加以控制，可能造成LED的壽命縮短或損壞，本條的考核是為了保證控制裝置在連接輸出負(fù)載后再接通輸入電源或連接輸入電源后再接通LED負(fù)載的短時間內(nèi)，不造成LED模塊的短期超負(fù)荷運行。

試驗按圖2要求連接。

圖2  啟動和連接過程的試驗電路

試驗步驟如下：

按LED控制裝置的標(biāo)志連接上最小的LED負(fù)載。對控制輸出電壓的控制裝置，存在多組并聯(lián)負(fù)載時，僅留下最小的一組負(fù)載。對于控制輸出電流的控制裝置，其輸出回路中每串LED的個數(shù)降到最?。赡芫土粢淮械囊粋€LED）。

把數(shù)字存儲示波器（div）的一個通道CH1連接于電流取樣電阻上（取樣電阻R≥0.5Ω，無感電阻），另一個通道CH2連接于LED模塊的電壓取樣端（上端）。示波器的接地端連接在電壓/電流測量的公共端子上。把數(shù)字存儲示波器設(shè)置在自動觸發(fā)采樣模式，記錄時間≥2s.積分時段也設(shè)置為0~2s.

注意：示波器的測量探頭不應(yīng)采用差分隔離探頭，否則無法采集到流過LED的直流分量。

先閉合S2,把電源電壓調(diào)整到額定值，再合上S1,此時示波器記錄的有效值即為控制裝置提供給LED模塊的啟動電流和啟動電壓值，應(yīng)不超過所配用的LED模塊額定值（電壓和/或電流）的1.1倍。同時，這一測量值也不得超過LED控制裝置標(biāo)稱的最大輸出電流或最大輸出電壓。

完成上述測量后，斷開S1和S2,等待15分鐘后先閉合S1,示波器的設(shè)置同上，再閉合S2,此時示波器記錄的有效值即為控制裝置工作后再連接LED模塊時的連接電流和連接電壓值，也不應(yīng)超過所配用的LED模塊額定值（電流和/或電壓）的1.1倍。同時，這一測量值也不得超過LED控制裝置標(biāo)稱的最大輸出電流或最大輸出電壓值。

注：上述測量中，示波器應(yīng)設(shè)定在具有測量交流和直流（包括脈動直流）的狀態(tài)，所測量的值應(yīng)是包含直流（脈動直流）和交流分量，其積分后的值應(yīng)是真有效值（RMS）。

2、工作期間的電壓和電流

在進行本條檢驗前，應(yīng)對受試樣品按標(biāo)準(zhǔn)5.2和/或5.3條進行分類，只有進行了正確的分類，才能對號入座地完成標(biāo)準(zhǔn)6.1.2條并正確完成本章對應(yīng)的試驗。對于LED控制裝置的設(shè)計，也必須先要按這一章要求進行輸出特性的定位?？梢园匆韵路椒ǚ诸悾?/p>

（1）控制輸出電壓的LED 控制裝置

LED控制裝置如果具有穩(wěn)定的輸出電壓，則應(yīng)在產(chǎn)品上標(biāo)明“額定輸出電壓”,并且應(yīng)相應(yīng)標(biāo)明“最大輸出電流”或“最大輸出功率”.此類LED控制裝置應(yīng)該屬于AC/DC轉(zhuǎn)換（包括開關(guān)式AC/DC轉(zhuǎn)換）的穩(wěn)壓電源。它的特性是在一定的負(fù)載電流范圍內(nèi)，輸出電壓幾乎不變化。并且當(dāng)電源電壓在±10%的范圍變化時，其輸出電壓幾乎不變。即從控制裝置的輸出端看進去，具有很低的輸出電阻。因為LED具有較明顯的“溫度負(fù)阻特性”,即當(dāng)LED工作時，隨著PN結(jié)結(jié)溫的升高，其PN結(jié)的正向工作電壓會呈線性下降，所以上述具有穩(wěn)定輸出電壓的LED控制裝置，只適用于自身帶有限流裝置的LED模塊（最起碼有一個電阻限流），否則對于功率較大的照明LED是無法正常工作的。

圖3  控制輸出電壓的LED控制裝置試驗電路

LED控制裝置如果不具有穩(wěn)定的輸出電壓，即當(dāng)其負(fù)載在額定范圍內(nèi)變化時或者電源電壓在額定值的±10%范圍內(nèi)變化時，輸出電壓會在一個范圍內(nèi)明顯變動。此類LED控制裝置從輸出端看進去，輸出內(nèi)阻抗比具有恒定電壓輸出式的LED控制裝置要高，但明顯低于控制電流輸出式的LED控制裝置。此類電路在連接LED工作時可以用較小的限流阻抗能使LED正常工作。此類LED控制裝置也應(yīng)標(biāo)注額定輸出電壓和最大輸出電流。

控制輸出電壓的LED控制裝置最明顯的特點是，在它的額定電壓條件下，輸出電路在輕負(fù)載（例如20%~30%負(fù)載率）和滿負(fù)載條件下，其輸出電壓變化不大（輸出電壓變化率一般不大于30%），但如果在每一單路額定輸出回路中再多串一個LED 將不能正常工作。[!--empirenews.page--]

試驗線路如圖3,對于具有穩(wěn)定輸出電壓的控制裝置，當(dāng)輸入電壓在額定值的92%~106%范圍內(nèi)變化時，輸出電壓變化與LED模塊的額定電壓相比，偏差應(yīng)不大于±10%,對于具有非穩(wěn)定輸出電壓的控制裝置，在額定的輸入電壓下，輸出電壓應(yīng)在所配合的LED模塊的額定電壓的±10%范圍內(nèi)。

（2）控制輸出電流的LED控制裝置

控制輸出電流的LED控制裝置，如果具有穩(wěn)定的輸出電流，即內(nèi)部具有恒流源電路，應(yīng)在產(chǎn)品上標(biāo)注“額定輸出電流”和“最高輸出電壓”.具有恒流特性的LED控制裝置的最大特征是，從輸入端向里看，具有很高的輸出阻抗，在其輸出端連接上一組串聯(lián)的LED,只要串聯(lián)的LED正向電壓的累加值不超過其最高輸出電壓，在此范圍內(nèi)，多串幾個LED或少串幾個LED時，控制裝置都能保持輸出電流的恒定特性。從LED的工作伏安特性來看，此類控制裝置是最合適的，它不需要附加限流阻抗，可直接在輸出端連接LED負(fù)載。

控制輸出電流的LED控制裝置，如果不是有穩(wěn)定的輸出電流，即內(nèi)部具有不夠完善的恒流特性電路，例如內(nèi)部采用電感或電容限流的電路。此類電路從輸出端向里看的輸出阻抗，低于具有恒定電流輸出的控制裝置，但明顯高于控制輸出電壓型的控制裝置。此類控制裝置明顯的特征是，只要輸出端的LED串聯(lián)負(fù)載的正向工作電壓累加電壓值不高于控制裝置的最高輸出電壓值，多串幾個LED或少串幾個LED時，控制裝置的輸出電流的變化基本不超過30%,并且也能保證直接配合無附加限流阻抗的LED正常工作。

控制輸出電流的LED控制裝置的最明顯特點是，當(dāng)電源電流在±10%范圍內(nèi)變動時，控制裝置不需要附加的限流阻抗可直接保證合適的LED負(fù)載正常工作。

試驗電路見圖4,對于具有穩(wěn)定輸出電流的LED控制裝置，當(dāng)輸入電壓在92%~106%范圍內(nèi)變化時，輸出電流與配用的LED額定工作電流相比，偏差不大于±10%.對于不具有穩(wěn)定輸出電流的LED控制裝置，當(dāng)輸入電壓為額定值時，其輸出電流與配用的LED的工作電流相比，偏差應(yīng)不大于10%.

圖4  控制輸出電流的LED控制裝置試驗電路

3、容性負(fù)載的要求

LED控制裝置，除了按輸出電壓或電流來分類外，在性能方面，還具有兩類情況，一類是僅具有單一驅(qū)動LED的功能，另一類是除了具有驅(qū)動LED的功能外，還具有接收電腦控制信號端口和/或具有控制LED變色、閃動、亮暗交替等功能，即LED控制裝置內(nèi)本身具有設(shè)定的燈光邏輯變化的電路。

LED控制裝置的外接控制端口或輸出端口，如果在開機或接通電路時，外接電路中具有電容器（這里也可以理解成從LED控制裝置連接到LED的導(dǎo)線之間或者導(dǎo)線與所穿金屬管之間的分布電容），由于電容接通時其兩端電壓不能突變而可能產(chǎn)生的浪涌電流的特性，會明顯干擾控制裝置的正常工作，影響邏輯電路的運行，甚至使控制裝置內(nèi)的異常狀態(tài)（過流或防短路）保護電路動作。從而使控制裝置不能正常工作。本條款的設(shè)定就是要求LED控制裝置在接入容性負(fù)載或容性控制件時仍應(yīng)保持良好的工作特性。

對于LED控制裝置，除了整體式（控制裝置和LED做成不可拆開的一體式結(jié)構(gòu)）并且能看清其負(fù)載不具有電容性特征外，其它的LED控制裝置都應(yīng)通過本條試驗。試驗線路見圖5.
 

圖5  連接容性負(fù)載的啟動過程和工作時連接容性負(fù)載過程試驗

該試驗電路中模擬電容負(fù)載中的電阻的確定要求如下：

對于控制輸出電壓的控制裝置

（無感電阻）

控制輸出電流的控制裝置

（無感電阻）

該試驗電路中模擬容性負(fù)載的電容的確定要求如下：

對于包含邏輯電路的控制輸出電壓的控制裝置

式中A為該控制裝置的最大輸出電流（安培）。

對于包含邏輯電路的控制輸出電流的控制裝置

對于不包含邏輯電路的控制輸出電壓的控制裝置

式中A為該控制裝置的最大輸出電流（安培）。

對于不包含邏輯電路的控制輸出電流的控制裝置

（1）啟動過程試驗

先閉合S2,把電源電壓調(diào)整到控制裝置的額定值，再閉合S1,從功率計上讀出相應(yīng)的功率，以證明此狀態(tài)下控制裝置未轉(zhuǎn)入保護狀態(tài)。如果輸入電壓是一個范圍，則應(yīng)保證在該范圍內(nèi)試驗時，控制裝置能正常工作而不轉(zhuǎn)入保護狀態(tài)，否則為不符合。[!--empirenews.page--]

（2）工作過程試驗

先開啟S2,再閉合S1,在額定電壓閉合S2,從功率計上應(yīng)讀出相應(yīng)的功率，以證明此狀態(tài)下控制裝置未轉(zhuǎn)入保護狀態(tài)。如果輸入電壓是一個范圍，也應(yīng)在這一范圍內(nèi)保證工作時連接容性負(fù)載不轉(zhuǎn)入保護狀態(tài)。否則為不符合。

4、開關(guān)期間與工作期間的電壓浪涌

考核要求待定。

5、線路功率因數(shù)

對比較純的正弦電源來說，功率因數(shù)應(yīng)該用cosφ表示，但在諧波含量較大的場合，用電器的功率因數(shù)是各次諧波的綜合反映。所以要用λ表示。λ的含義可用下面公式來表示：

（1）

這一定義式在燈的控制裝置宣貫材料的第一章（GB19510.1/IEC61347-1）的“主要定義介紹”第5條中已經(jīng)推導(dǎo)過，最終可基本得出：

公式（1）中：

　　P-電源供給鎮(zhèn)流器和燈系統(tǒng)的有功功率。

　　S-電源供給鎮(zhèn)流器和燈系統(tǒng)的視在功率。

　　U-電源電壓

　　I-電源電流

由于電子控制裝置工作時，在與電源的連接導(dǎo)線中，既有基波電流和各次諧波的電流存在，又有控制裝置向電源泄漏反饋的高頻傳導(dǎo)干擾電流存在（EMI），但從定義式看，構(gòu)成功率因數(shù)λ關(guān)系式的兩個基本量P和S都是電源供給控制裝置與LED模塊組合件系統(tǒng)的有功功率和視在功率，并不包括電子控制裝置反饋給電源的傳導(dǎo)干擾成份。因此，在檢測時，按GB17625.1/IEC 61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)要求，在測量儀表與電子控制裝置之間應(yīng)按規(guī)定加有具有5KHz帶寬的低通濾波器或采用帶有這種濾波功能的數(shù)字功率儀（例如橫河WT2010、WT3000和EM  TEST等），這樣才能保證功率因數(shù)項目檢測的合理性和準(zhǔn)確性。（有關(guān)本條款的檢測原理及詳細(xì)要求請見燈的控制裝置宣貫教材的第十九章《IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)要求及檢測原理》一文）。

電子控制裝置從進線側(cè)看，是屬于非線性元件，因此得用λ來表示功率因數(shù)。該項目的設(shè)立也是為了給安裝單位提供必須的電參數(shù)，以便于安裝配電過程的設(shè)計。只要所用的功率表、電流表和電壓表都能測量出真有效值，則所測功率因數(shù)值可用λ=P/UI得出，式中P為功率表顯示的總有功功率，U為電源電壓，I為電源電流。所測出的功率因數(shù)與標(biāo)稱值相比，相差不大于±0.05則判為合格。這里對電子控制裝置的功率因數(shù)標(biāo)稱方法給予一定的說明，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，當(dāng)功率因數(shù)低于0.95并且電流超前電壓（容性）時，則應(yīng)在功率因數(shù)值后加上c字，例如0.90c、0.85c等，對大于等于0.95或電流滯后于電壓（感性）的情況功率因數(shù)值后不加c,這樣可使安裝使用者在功率因數(shù)較低、要進行補償時能一目了然。

LED控制裝置的各項性能指標(biāo)的優(yōu)劣，直接關(guān)系到照明用LED器具的整體效率和使用壽命等重要使用功能，但是對于各類電器來說，其安全指標(biāo)是確保正常使用時不對使用者和周圍環(huán)境產(chǎn)生各種危害的更高一級標(biāo)準(zhǔn)要求（強制性要求）LED控制裝置只有在滿足各項安全要求的前提下，才有意義來衡量其性能指標(biāo)的優(yōu)劣，而既能滿足各項安全要求，又能滿足各項性能指標(biāo)的LED控制裝置，才是好產(chǎn)品。