提升LED吸頂燈使用安全性的設(shè)計思考

徐鐵江

浙江陽光照明電器集團股份有限公司，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、性能可靠，縮短了保養(yǎng)周期，并降低了維護成本。LED無鉛，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)險的環(huán)境中[1]。LED的高效節(jié)能、長壽環(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LED吸頂燈照明市場快速發(fā)展[2-3]。LED吸頂燈的電路保護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，因為其安裝底部較平，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、方便控制、方便檢修維護、綠色環(huán)保等優(yōu)點。根據(jù)LED吸頂燈尺寸的不同，其適宜安裝的應(yīng)用場景也不同，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、娛樂場所等多場景下的常用燈具。

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)開路保護功能、短路保護功能、過溫保護功能和過載保護功能，而且可以通過無線遙控實現(xiàn)功能的轉(zhuǎn)換，同時帶有小夜燈等個性化功能。2.4 G高頻無線遙控控制可以使LED燈具有能耗低、抗干擾力強、傳輸性能好、適宜長距離傳輸、通信速率高等優(yōu)點。LED吸頂燈電源分為以下三類：（1）直接使用220 V交流電通過電阻電容把電壓降低后輸送給LED燈珠；（2）通過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，先用開關(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吸頂燈在使用過程中產(chǎn)生安全問題的原因

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

2.1 燈具靠近可燃物

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

2.2 燈具安裝不符合要求

在有易燃物、易爆物等特殊危險場所使用普通燈具，這是不符合安裝要求的行為，燈具與開關(guān)所產(chǎn)生的電弧和電火花可能會點燃空氣中的易爆炸性混合氣體或者可燃粉塵。同時，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)長時間的熱量累積也可能會導(dǎo)致火災(zāi)等安全事故的發(fā)生。

2.3 燈具質(zhì)量不合格

如果買到質(zhì)量不合格的燈具，這些燈具在電路設(shè)計、材料選用、安全設(shè)計上可能存在一定的問題。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)部的升溫可能會破壞線圈的絕緣強度，造成短路，如果周圍有可燃物，將可能導(dǎo)致火災(zāi)。

2.4 燈具附屬設(shè)備故障

燈具的附屬設(shè)備，如開關(guān)、燈座、掛線盒等配件發(fā)生接觸不良、接頭松動等故障，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，因此電壓的細微變化會引起電流的巨大變動，電壓即使稍微超出最大額定電壓，額定電流也會顯著上升，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

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，使該點電壓升高；

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

（4）燈具內(nèi)溫度過高，導(dǎo)致LED特性變差或損壞；

（5）燈具進水導(dǎo)致短路；

（6）裝配時LED被靜電破壞。

針對上述造成LED吸頂燈損壞的主要原因，可以采取如下電路安全保護措施如下。

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

圖2 LED開路保護器

（2）設(shè)置LED吸頂燈保險絲，在提供所需的過電保護功能同時，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載的情況下使用。LED吸頂燈保險絲如圖3所示。

圖3 LED吸頂燈保險絲

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)計和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)安全型LED吸頂燈。例如，通過在燈罩表層粘貼防爆貼膜，在燈罩破碎時，使得破損的燈罩仍然粘貼在一起，避免殘渣散落發(fā)生傷人事故。通過燈罩下方設(shè)置透明防護網(wǎng)，在燈罩脫落時將其兜住，避免燈罩脫落砸傷工作人員，增加安全性能。通過在PCB基板上設(shè)置燈珠和導(dǎo)電插塊，測試是LED環(huán)形燈管損壞還是PCB基板損壞。該方法快捷方便，可以避免人工檢測電路問題時帶來的安全隱患。

（2）安裝注意事項。在安裝燈具時，應(yīng)仔細閱讀和理解燈具的標(biāo)記并閱讀安裝使用說明書，按照安裝說明書的規(guī)定安裝燈具，使用過程中也需要按照說明書中的使用規(guī)則使用燈具。同時，在日常使用中按說明書提供的光源參數(shù)及時更換損壞的、老舊的燈珠，若發(fā)現(xiàn)燈珠不亮或閃亮?xí)r，應(yīng)及時更換，避免造成整流器燒壞等不安全現(xiàn)象。同時，在清潔檢修燈具時，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。在清潔維護結(jié)束后，應(yīng)按原樣將燈具安裝固定，不能漏裝、錯裝燈具的零部件。

4 結(jié)束語

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