LED燈啟動特性的實驗研究與應用

李炳華，覃劍戈，董 青，徐學民，岳云濤，賈 佳

(1.悉地國際建筑設計顧問有限公司，北京 100013；2.北京建筑大學，北京 100044)

LED燈啟動特性的實驗研究與應用

李炳華1，覃劍戈2，董 青1，徐學民1，岳云濤2，賈 佳2

(1.悉地國際建筑設計顧問有限公司，北京 100013；2.北京建筑大學，北京 100044)

為了研究LED燈的啟動特性，我們對3款LED燈啟動階段的電參數進行了測試，并對啟動過程的電流波形進行了捕捉。將3款燈具分為延時啟動和瞬時啟動兩類，分別分析了兩類燈具的啟動時間、峰值電流、啟動電流與工作電流的倍數比和其在一般場所及體育場館當中的應用情況。結果表明，延時啟動燈具啟動時間長，啟動電流小，啟動電流與工作電流的倍數比小，可以不考慮過載的影響，適用于民用建筑中一般場所的照明；瞬時啟動燈具啟動時間短，啟動電流大，啟動電流與工作電流的倍數比大，必須考慮過載的影響，適用于高等級體育場館的照明。

LED燈；啟動特性；過載特性；延時啟動；瞬時啟動；照明；體育場館；燈具

引言

LED 作為一種新型的固態光源，具有高效節能、綠色環保、易于調控等各種優點[1]，受到人們越來越多的重視。在國家“十三五”規劃中，節能減排作為重點內容列入其中。作為實現節能減排的重要抓手，LED照明技術發展備受關注。對LED燈系列參數的研究及其在不同場所的應用情況的分析也變得很有必要。

LED 照明以其耗電量小、色品質可調、控制靈活、能瞬時點燃等特點，較適合用于體育照明。由于體育場館要兼顧比賽和電視轉播，因此對照明的要求很高，對 LED 照明的穩定性、眩光、頻閃等一系列問題需作進一步的深入探討[2]。對LED燈而言，由于其啟動性能影響到照明的連續性、可靠性和穩定性，因此本文主要研究影響LED燈啟動階段的特性，為LED燈具在民用建筑照明和體育場館照明的應用提供依據。

1 實驗裝置與原理

為了測量LED燈的啟動特性，我們采用了3款不同的LED燈進行實驗，3款燈的基本技術參數如表1所示。

表1 實驗用燈基本技術參數

為了使LED燈能準確的在220V電壓下啟動，實驗線路中串接了一個調壓器，將輸入電壓固定在220 V。實驗中采用多功能測試儀FLUKE 435b對LED的電流、電壓等參數進行測量，并對LED燈的啟動瞬變波形進行抓取。實驗原理圖及實驗主要儀器如圖1和圖2所示。

圖1 實驗原理圖Fig.1 Schematic diagram of experiment

圖2 主要實驗儀器Fig.2 Main experimental instruments

2 實驗結果與分析

2.1 實驗結果

圖3和圖4是W燈具的啟動波形和穩態波形，從圖3中可以看出W燈具的啟動瞬間，啟動電流在1 ms內上升到峰值電流9.537 A，然后電流又在1 ms內下降到0以下形成反向峰值電流-8.392 A，接著電流波動上升到工作電流值完成啟動過程。從圖4中可以看出W燈具在穩態工作時的峰值電流大約為12 A，則工作電流有效值約為8.48 A。我們得到W燈具的啟動電流為1.12Ie(Ie為額定電流)，且W燈具從峰值電流到進入穩態的時間約為4 s。

圖3 W燈具啟動波形Fig.3 Starting wave of W lamp

圖4 W燈具穩態波形Fig.4 Steady state wave form of W lamp

圖5和圖6是S燈具的啟動波形和穩態波形，從圖5中可以看出燈具的啟動瞬間，反向往電源內部的大電容充電，并在1 ms內達到反向峰值電流-11.444 A，然后電容又在瞬間放電且在1 ms內達到正向峰值電流11.444，接著電流在0 A附近進行很小的波動，直到達到穩態完成啟動過程。從圖6中可以看出S燈具在穩態工作時的峰值電流大約為4 A，則工作電流有效值約為2.9 A。我們得到S燈具的啟動電流為3.95Ie，且S燈具從峰值電流到進入穩態的時間為323 ms。

圖5 S燈具啟動波形Fig.5 Starting wave of S lamp

圖6 S燈具穩態波形Fig.6 Steady state wave form of S lamp

圖7和圖8是L燈具的啟動波形和穩態波形，從圖7中可以看出L燈具的啟動瞬間，啟動電流在4 ms內上升到峰值電流46.158 A，然后電流又在4 ms后下降到0以下形成反向峰值電流-9.537 A，接著電流在0 A附近進行很小的波動，直到達到穩態完成啟動過程。從圖8中可以看出L燈具在穩態工作時的峰值電流大約為4.4 A，則工作電流有效值約為3.1 A。我們得到L燈具的啟動電流為15.86Ie，且L燈具從峰值電流到進入穩態的時間為379 ms。

圖7 L燈具啟動波形Fig.7 Starting wave of L lamp

圖8 L燈具穩態波形Fig.8 Steady state wave form of L lamp

2.2 實驗結果分析

根據上面的實驗數據，得到如表2所示的3個燈具的啟動特性參數表。

表2 啟動特性參數

從表2中可以看出，三款燈具的啟動特性明顯不同：S和L燈具的啟動時間短，在毫秒級，具有瞬時啟動的特點；而W燈具約4 s的啟動時間在視覺感受上能體現出明顯的延遲，延時啟動特征非常明顯。在峰值電流方面，W燈具也是明顯小于S和L燈具。W燈具的峰值電流只有1.12Ie，而L燈具則高達15.86Ie。

3 結論

由實驗測試及結果分析可得如下結論：

1)具有延時啟動特性的LED燈啟動電流小、啟動時間長。所測試的W燈具代表了延時啟動燈具，其啟動電流小，一般峰值電流不超過1.5Ie，對系統的沖擊小；但延時啟動具有啟動時間長的特點，通常能達到1～4 s，由于驅動電源電路通常具有軟啟動、軟停止功能，驅動電路比較復雜，造價較高，因此這類燈具可應用于民用建筑中一般場所的照明。這主要利用該類燈具啟動電流小的特點。由于燈具使用量大，使用這類LED燈可以避免較大的啟動電流。

2)具有瞬時啟動特性的LED燈啟動電流大、啟動時間短。瞬時啟動的燈具(例如S、L燈具)啟動電流大，峰值電流高達15Ie，甚至更大，對系統沖擊大，但啟動時間很短，達到毫秒級。這類燈具的驅動電源電路相對簡單，因此造價相對便宜。所以這類燈具可應用于對照明連續性要求高的場所或房間。這主要利用該類燈具啟動時間短的特點，實現連續照明和快速恢復照明，例如安全照明、重大國際比賽的場地照明等。

我們共對7款大中容量的LED燈進行試驗，驗證了本文的結論。但需要說明如下：

1)LED燈過載發生在啟動過程中，啟動完成后工作電流達到穩態，光輸出也趨于穩定。

2)啟動過程的峰值電流具有隨機性，與開燈的時機有關。LED燈輸入的交流電，閉合開關的瞬間如果處在0點與最大值，其啟動過程的峰值電流是不一樣的。

[1] 竇林平.2016中國LED照明行業趨勢展望[J].照明工程學報, 2016,27(1):I0007-I0009.

[2] 林若慈, 王飛翔，高雅春.體育場館照明現狀分析及展望[J]. 照明工程學報, 2016,27(2):4-27.

[3] 王長全, 張貴新, 董晉陽, 等.無極燈啟動特性研究[J]. 真空科學與技術學報,2011，(5):536.

[4] 高洋洋, 周衛寧, 王夏霄, 等. 光纖陀螺用SLD啟動特性及影響研究[J]. 半導體光電, 2015,(6)：875.

[5] 崔建國,寧永香. 利用“軟啟動電路”消除開關電源浪涌電流[J]. 山西電子技術，2009,(4):24-25.

[6] 王聲學,吳廣寧,蔣偉,等. LED原理及其照明應用[J].燈與照明, 2006，(4):32-35.

濟南“一湖一環”景觀照明工程招標

2017年7月27日，備受市民關注的“一湖一環”景觀照明工程在濟南市公共資源網掛出了招標信息。該工程招標人是新組建的濟南文旅發展集團有限公司，工程包括大明湖風景區、環城公園、趵突泉公園、五龍潭公園及設計范圍內的區域，項目總投資額為5.2億元，造價約2.42億元。

在今年召開的濟南市第十一次黨代會報告中提出要以“一湖一環”為重點打造“泉城夜宴”，這意味著濟南大明湖和環城公園附近，將有和杭州西湖、南京玄武湖、南昌贛江兩岸一樣別致的夜間亮化景觀。今年的濟南市政府工作報告中在提升泉城特色品味時，再次提到實施“一湖一環”景觀亮化工程，打造“泉城夜宴”。可見濟南市對“一湖一環”景觀照明工程的重視。

27日掛出的是“一湖一環”景觀照明工程的項目施工資格預審公告和項目監理資格預審公告，從這兩則招標信息中，能一窺未來“一湖一環”景觀照明的模樣。

該項目的招標人是濟南文旅發展集團有限公司，資金來自財政投資，工程地點在明湖風景區、環城公園、趵突泉公園、五龍潭公園及設計范圍內的區域，該區域也是天下第一泉風景區，工程建成后，勢必將帶來景區品質和景色的提升。

Experimental Research and Application of Starting Characteristic of LED Lamp

LI Binghua1， QIN Jiange2， DONG Qing1， XU Xuemin1， YUE Yuntao2， JIA Jia2

(1.CCDIGROUP,Beijing100013,China; 2.BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitectureization,Beijing100044,China)

In this paper, In order to study the starting characteristic of LED lamp, the electrical parameters of three LED lamps in the starting phase are measured, and the current waveform of the starting process is captured.The three lamps are divided into two types: delay start and instantaneous start, and the starting time, peak current, multiple ratio of starting current to operating current and their application in general places and gymnasiums are analyzed respectively in two kinds of lamps.The results show that the starting time of the delayed starting lamp is long, the starting current is small, the ratio of the starting current to the operating current is small. This kind of LED lamp can not consider the influence of overload, which is suitable for lighting in general places of civil buildings.The starting time of the instantaneous starting lamp is short, the starting current is large, the ratio of the starting current to the operating current is large.The effects of overloading of this kind of LED lamp must be considered and applied to the lighting of Stadiums.

LED lamp; starting characteristic; overload characteristic; delayed start; instantaneous start; lighting; stadium; lamp

TM923

B

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.04.022