LED照明器具的安全测试和设计中需要注意的问题

核心提示：1 前言现在的地球处在温室效应、能源危机等状态之中。生态环境的日益恶化时刻提醒着人们，我们生活的地球已经疲惫不堪，因而提高能源利用率以及改变人们的能源获取方式已经成为当前世人的共识。由于在世界电力的使用

1 前言

现在的地球处在温室效应、能源危机等状态之中。生态环境的日益恶化时刻提醒着人们，我们生活的地球已经疲惫不堪，因而提高能源利用率以及改变人们的能源获取方式已经成为当前世人的共识。

由于在世界电力的使用结构中，照明用电约占总用电量的19％，虽然因各国经济发展的水平不同，照明用电所占比重也有所差别，但是照明耗能已经成为了各国能源消费的重要组成部分。照明节能问题也就成了各国政府及专业人员必须面对的棘手问题。

美国1998年颁布法令，计划2012年内淘汰白炽灯；欧盟拟2010年起，禁售白炽灯；日本2012年，全面禁止使用白炽灯；韩国拟于2012年前，替换全部的公共设施白炽灯；中国拟2016年全面禁止使用白炽灯。那么白炽灯被禁用后，其替代光源又是什么呢？

LED特别是白色光LED，因其与传统光源相比所具有的理论以及现实的优越性，受到各类人群的青睐。它的出现也为照明界开拓出了一个全新的技术领域，并为照明节能设计提供了更多的选择。

2 LED照明器具的安全测试及设计中需要注意的问题

LED光源具有抗冲击性好，抗震性好，防水，散热量低，能够较好地控制发光光谱组成，易于调光，方向性强，使用低压直流电，具有负载小、干扰弱等优点。对于使用传统光源的照明器具来说，如何尽快把LED的优势真正发挥出来也就成为现在相关从业人员所必须要面对的技术难题。而要真正开拓出一个全新的半导体照明时代，还要从以下几个方面努力攻克技术难题以及进一步规范半导体照明市场。

（1）铭牌和说明书信息不全面、不规范

铭牌和说明书是照明器具的身份证，要尽量详细地对照明器具进行描述，同时学习标准IEC60598和UL8750，避免小差错。

LED照明器具功率标识即需要标识出器具消耗的总功率也要标识出单个LED的功率以及LED的个数；照明器具的额定电压、额定电流、额定频率要与其使用的驱动电源不匹配；照明器具的最高环境温度（ta）未考虑驱动电源额定最高工作温度（tc），导致正常工作时驱动电源温度超标；驱动电源的铭牌不能代替照明器具本身的铭牌；说明书未按照明器具对应的特殊标准给出照明器具的一些参数。例：如图1所示，照明器具额定电压为90~264V，超过了驱动器额定电压范围，二者不匹配。

当驱动电源为非独立式时，该电源不能用在照明器具的外表面（如图2所示）。

（2）LED的驱动电源

LED光源本身的寿命很高，但是LED驱动电源使用的元件较多，受环境影响大，失效的几率高，室内电源的寿命大约是LED寿命的一半。驱动电源的输出效率和稳定性直接决定了LED照明器具的质量，好的驱动电源价格虽然昂贵，但也应该作为选择元件时的首选。例：如图3所示，该驱动器是用塑料皮将驱动电路包裹起来，其工作时发热量高、防水效果差、电击抗性差，导致温度测试、防水测试、耐压测试的结果不合格。

（3）LED的散热器

LED的散热问题是影响LED照明器具质量的一个重要因素。LED芯片结点处的温度TA直接影响到LED的使用寿命，因此LED的散热能力强弱就限制了LED功率的大小，以及安装使用环境的温度。LED散热主要有降低LED热阻和完善LED散热器两个方面。在LED封装工艺中，使用的填充物（硅胶）和芯片载体（PCB）使LED的热量发散出来，再由散热器将热流散发。因此，LED照明器具开发时在散热器材料的选择和外形的设计上既要注意减轻重量节约成本更重要的是注意其散热效率，LED电源要注意其外壳材质的耐热、耐燃、耐腐蚀性和电源本身的异常工作保护，而透光罩要观其使用环境来决定其材质和外形。例：如图4所示，此散热器沟槽较浅，LED模块间的距离较近，而导致其紧靠在散热器后部的驱动电源和导线正常工作时温度超过其限值（90℃）。

（4）LED的光生物安全性

过去低亮度、小功率的LED出射光不会对人体造成危害，但是近年来，由于LED产业飞速发展，高亮度、大功率的LED不断涌现，人们不得不开始关注LED产品的光生物安全性。为此出台了IEC/EN62471，针对现在LED产品进行风险评级，而现在LED产品不再被最新版本的激光安全标准IEC/EN 60825-1:2007所涵盖。

由于LED光源可以很好地控制其光谱，而且现今的LED光源多为中色温的，因此只存在强光造成的视网膜光化学损伤和视网膜热损伤的可能性。例：对白光LED灯泡、卤钨灯炮、节能灯泡进行蓝光光化学危害试验得到光谱图（如图5、图6、图7所示）得到视网膜蓝光危害有效福照度为：白光LED灯泡EB=7.07μW/cm2、卤钨灯炮EB=0.644μW/cm2、节能灯泡EB=3.17μW/cm2.由数据可知，白光LED灯泡对视网膜造成伤害的能力最强、卤钨灯最弱。因此，白光LED灯泡不适合用在容易被近距离直视的场所，并且在设计LED灯具时必须增加透光罩，来减小这种危害。

高亮度、大功率的LED产品会造成视网膜光化学损伤和视网膜热损伤，但其实传统光源和灯具中同样存在这些损害，有的更严重。如金卤灯和卤素灯中更严重的紫外线，卤素灯中的红外线，高压汞灯和很多高色温的荧光灯中的蓝光都会对人体造成各种伤害。因此，LED在光生物安全性上仍然占有一定优势。

（5）LED芯片

LED的制备先制造半导体衬底，再由金属有机物化学气相沉积法做出LED的外延片，将外延片切割成LED芯片，经过封装做成成品LED。因此芯片是LED的核心，LED的发光效能受到它的内部量子效率高低的影响，芯片产生热量的多少由非辐射复合率决定，因此提高内部量子效率并且减少无辐射复合率是提高LED芯片质量的关键，选择合理的芯片结构并且控制芯片的缺陷密度是优先选择的办法。

LED芯片的外延片晶格的缺陷密度主要受制备工艺、外延片与衬底的晶格常数以及热涨系数是否匹配所影响。大多数情况下，外延片晶格的缺陷密度会减少载流子密度导致发光输出率降低，严重时可能会形成无辐射复合中心，其结果就是导致芯片LED的连续工作寿命缩短。因此，选择合理的芯片结构，控制好晶格缺陷密度才能提高LED芯片的质量。

LED的封装应该尽量增加LED的发光率，也就是尽量使更多的光线能够透射出来。方法就是减少光线在LED内部的反射，增加衬底的反射率，提高LED的外部量子效率。选择封装材料时要注意因为老化而引起的封装材料变色。

3 结束语

目前，我国还没有针对LED照明产品的标准，尽快建立和健全符合我国LED照明器具的技术标准和测试方法评价体系，规范现有的检测系统，使不同企业的产品依据统一的测试方法检测，只有这样才能真正了解我国LED照明产品的技术水平，进而推动我国LED照明工业的技术进步，促进行业发展。

从目前国内外的技术发展来看，LED照明进入室内是一个必然的过程。现阶段，LED已经可以在很多场所代替传统光源使用，特别是大功率LED的出现，更是加速了LED取代传统照明光源的速度，也使得LED在室内照明的大面积应用变得现实，因此对于LED照明器具的安全性监管也越来越重要。在照明设计过程中，我们应该以一种理性的态度去看待LED的应用，应该在真正了解LED性能前提下，根据环境的条件，合理地选择使用LED，才能真正创造出一个节能而优质的照明光环境。