提升LED吸頂燈使用安全性的設(shè)計(jì)思考

徐鐵江

浙江陽(yáng)光照明電器集團(tuán)股份有限公司，浙江 紹興 312300

0 引言

相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，LED照明占比為全球最高。相比傳統(tǒng)燈具，LED燈耗電量有大幅降低，而且其使用壽命長(zhǎng)、性能可靠，縮短了保養(yǎng)周期，并降低了維護(hù)成本。LED無(wú)鉛，也不含汞，是更環(huán)保的照明解決方案，更是被視作環(huán)保安全型產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于居民生活、采礦、石油勘探和其他存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中[1]。LED的高效節(jié)能、長(zhǎng)壽環(huán)保、安全可靠，以及在智能照明物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)中的連接能力，推動(dòng)LED吸頂燈照明市場(chǎng)快速發(fā)展[2-3]。LED吸頂燈的電路保護(hù)和使用安全性尤為重要，只有在確保其安全使用的前提下，提升其使用質(zhì)量，才能確保LED燈具行業(yè)保持穩(wěn)定發(fā)展。

1 LED吸頂燈概述

1.1 基本特性

LED吸頂燈是一種常用燈型，通常安裝在室內(nèi)的頂部，因?yàn)槠浒惭b底部較平，貼近屋頂，所以被稱為吸頂燈。LED吸頂燈常規(guī)外形如圖1所示。

圖1 LED吸頂燈常規(guī)外形示意圖

LED吸頂燈具有能耗少、色度高、使用周期長(zhǎng)、方便控制、方便檢修維護(hù)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)LED吸頂燈尺寸的不同，其適宜安裝的應(yīng)用場(chǎng)景也不同，如直徑約為200 mm的LED吸頂燈通常安裝在走道、浴室等場(chǎng)景，而直徑約為400 mm的吸頂燈，則通常安裝在臥室等房間。綜上所述，LED吸頂燈是貼靠或嵌入屋頂天花板上的燈具，是室內(nèi)常規(guī)采用的主要照明設(shè)備，是辦公室、居家、娛樂(lè)場(chǎng)所等多場(chǎng)景下的常用燈具。

1.2 LED吸頂燈的電源

LED吸頂燈的電源一般設(shè)置為2.4 G遙控調(diào)光調(diào)色，內(nèi)設(shè)開(kāi)路保護(hù)功能、短路保護(hù)功能、過(guò)溫保護(hù)功能和過(guò)載保護(hù)功能，而且可以通過(guò)無(wú)線遙控實(shí)現(xiàn)功能的轉(zhuǎn)換，同時(shí)帶有小夜燈等個(gè)性化功能。2.4 G高頻無(wú)線遙控控制可以使LED燈具有能耗低、抗干擾力強(qiáng)、傳輸性能好、適宜長(zhǎng)距離傳輸、通信速率高等優(yōu)點(diǎn)。LED吸頂燈電源分為以下三類(lèi)：（1）直接使用220 V交流電通過(guò)電阻電容把電壓降低后輸送給LED燈珠；（2）通過(guò)變壓器隔離變換方式輸出較恒定電流給LED燈珠使用；（3）將穩(wěn)壓和恒流部分分開(kāi)，先用開(kāi)關(guān)隔離電源變換出穩(wěn)定的低壓的直流電壓，再用恒流模塊變換出穩(wěn)定的電流，最后輸送給LED燈珠使用。

2 LED吸頂燈在使用過(guò)程中產(chǎn)生安全問(wèn)題的原因

LED吸頂燈在使用過(guò)程中的安全問(wèn)題主要為火災(zāi)，因此文章重點(diǎn)分析LED吸頂燈在使用過(guò)程中引發(fā)火災(zāi)的原因。

2.1 燈具靠近可燃物

燈具在工作時(shí)由于能量轉(zhuǎn)換會(huì)引起表面發(fā)熱，當(dāng)功率越大時(shí)，隨著連續(xù)使用時(shí)間的增加，其溫度也會(huì)越高。當(dāng)燈具的表面與可燃物距離過(guò)于接近或直接接觸，導(dǎo)致散熱不良或不及時(shí)，所累積的熱量可能引發(fā)燈具故障，造成火災(zāi)等安全問(wèn)題。

2.2 燈具安裝不符合要求

在有易燃物、易爆物等特殊危險(xiǎn)場(chǎng)所使用普通燈具，這是不符合安裝要求的行為，燈具與開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的電弧和電火花可能會(huì)點(diǎn)燃空氣中的易爆炸性混合氣體或者可燃粉塵。同時(shí)，燈具或鎮(zhèn)流器等易發(fā)熱的元器件直接安裝固定在易燃物上，持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的熱量累積也可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)等安全事故的發(fā)生。

2.3 燈具質(zhì)量不合格

如果買(mǎi)到質(zhì)量不合格的燈具，這些燈具在電路設(shè)計(jì)、材料選用、安全設(shè)計(jì)上可能存在一定的問(wèn)題。在燈具質(zhì)量不合格或者燈管配套不合理的情況下，燈具內(nèi)部的升溫可能會(huì)破壞線圈的絕緣強(qiáng)度，造成短路，如果周?chē)锌扇嘉铮瑢⒖赡軐?dǎo)致火災(zāi)。

2.4 燈具附屬設(shè)備故障

燈具的附屬設(shè)備，如開(kāi)關(guān)、燈座、掛線盒等配件發(fā)生接觸不良、接頭松動(dòng)等故障，可能產(chǎn)生電火花，引起火災(zāi)或爆炸事故。

2.5 燈具線路短路

如果燈具線路沒(méi)有按照具體環(huán)境和要求選擇合適的絕緣導(dǎo)線，在高溫、潮濕、酸堿等環(huán)境中容易被腐蝕，使其失去絕緣能力形成短路。另外，LED吸頂燈的電流/電壓特性與其他發(fā)光二極管相似，電流受電壓的影響較大，因此電壓的細(xì)微變化會(huì)引起電流的巨大變動(dòng)，電壓即使稍微超出最大額定電壓，額定電流也會(huì)顯著上升，從而損壞或使LED燈發(fā)生短路現(xiàn)象，極易造成火災(zāi)等安全事故。

3 LED吸頂燈使用安全性的提升建議

3.1 電路安全保護(hù)

LED吸頂燈損壞的主要原因如下：

（1）供電電壓突然升高；

（2）線路中某個(gè)組件或PCB或其他導(dǎo)線短路，導(dǎo)致LED供電通路局部短路，使該點(diǎn)電壓升高；

（3）陣列式LED中，某個(gè)LED損壞而形成短路，導(dǎo)致其他LED電壓增加；

（4）燈具內(nèi)溫度過(guò)高，導(dǎo)致LED特性變差或損壞；

（5）燈具進(jìn)水導(dǎo)致短路；

（6）裝配時(shí)LED被靜電破壞。

針對(duì)上述造成LED吸頂燈損壞的主要原因，可以采取如下電路安全保護(hù)措施如下。

（1）增設(shè)LED開(kāi)路保護(hù)器。當(dāng)LED串中某個(gè)LED出現(xiàn)開(kāi)路故障時(shí)，LED保護(hù)器可以給LED串提供一條分流路徑，從而在LED燈串中的單個(gè)LED發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)，提供轉(zhuǎn)換電子分路。因此，即使該燈串中某個(gè)LED失效，仍然可以確保整個(gè)LED陣列繼續(xù)工作，從而為L(zhǎng)ED吸頂照明應(yīng)用設(shè)備提供更為可靠的照明功能。LED開(kāi)路保護(hù)器如圖2所示。

圖2 LED開(kāi)路保護(hù)器

（2）設(shè)置LED吸頂燈保險(xiǎn)絲，在提供所需的過(guò)電保護(hù)功能同時(shí)，可承受高能量浪涌，可承受更高的斷流額定值和額定電壓，使LED吸頂燈可以適合存在高電流負(fù)載的情況下使用。LED吸頂燈保險(xiǎn)絲如圖3所示。

圖3 LED吸頂燈保險(xiǎn)絲

3.2 安裝安全提升

（1）結(jié)構(gòu)安全性提升建議。相關(guān)燈具生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加大投入設(shè)計(jì)和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)安全型LED吸頂燈。例如，通過(guò)在燈罩表層粘貼防爆貼膜，在燈罩破碎時(shí)，使得破損的燈罩仍然粘貼在一起，避免殘?jiān)⒙浒l(fā)生傷人事故。通過(guò)燈罩下方設(shè)置透明防護(hù)網(wǎng)，在燈罩脫落時(shí)將其兜住，避免燈罩脫落砸傷工作人員，增加安全性能。通過(guò)在PCB基板上設(shè)置燈珠和導(dǎo)電插塊，測(cè)試是LED環(huán)形燈管損壞還是PCB基板損壞。該方法快捷方便，可以避免人工檢測(cè)電路問(wèn)題時(shí)帶來(lái)的安全隱患。

（2）安裝注意事項(xiàng)。在安裝燈具時(shí)，應(yīng)仔細(xì)閱讀和理解燈具的標(biāo)記并閱讀安裝使用說(shuō)明書(shū)，按照安裝說(shuō)明書(shū)的規(guī)定安裝燈具，使用過(guò)程中也需要按照說(shuō)明書(shū)中的使用規(guī)則使用燈具。同時(shí)，在日常使用中按說(shuō)明書(shū)提供的光源參數(shù)及時(shí)更換損壞的、老舊的燈珠，若發(fā)現(xiàn)燈珠不亮或閃亮?xí)r，應(yīng)及時(shí)更換，避免造成整流器燒壞等不安全現(xiàn)象。同時(shí)，在清潔檢修燈具時(shí)，應(yīng)注意不能隨意改變燈具的結(jié)構(gòu)，也不能隨便更換燈具的部件。在清潔維護(hù)結(jié)束后，應(yīng)按原樣將燈具安裝固定，不能漏裝、錯(cuò)裝燈具的零部件。

4 結(jié)束語(yǔ)

LED吸頂燈在使用過(guò)程中由于電線老化、電路短路等容易發(fā)生火災(zāi)安全事故，同時(shí)其外殼一般含有塑料成分，容易老化從房頂脫落掉下，對(duì)人員身體造成傷害。文章主要對(duì)LED使用過(guò)程中容易造成的安全隱患進(jìn)行了綜合分析，并針對(duì)性地提出了解決措施和建議，為L(zhǎng)ED吸頂燈安全性能的提升提供了一定的參考。