详解户外LED驱动电源的防雷要求

雷击是一种常见的自然现象，特别是在雨季尤为常见。其所带来的危害和损失全球每年以千亿美元来计。雷击分为直接雷和间接雷，间接雷主要包括传导雷和感应雷。由于直接雷所带来的能量冲击非常大，破坏力极强，一般电源是无法承受的。故本文要讨论的是指间接雷，包括传导雷和感应雷二种雷击类型。

雷击所形成的浪涌冲击是一种瞬态波，是一种瞬变干扰，可以是浪涌电压也可以是浪涌电流。沿着电源线或其它路径(传导雷)或通过电磁场(感应雷)而传送至电源线路。其波形特征是先快速上升然后慢慢下降。这种现象会对电源产生致命的影响，由于其产生的瞬间的浪涌冲击远远超出一般电子器件的电性应力，导致的直接结果是电子元件损坏。

如果是智能电源的话，即便是瞬态的浪涌冲击没有对器件造成损坏也可能会干扰程序的正常运行，从而发出错误性指令，致使电源无法按预期的指令工作。这也很好的解释了为什么浪涌(冲击)抗扰度在安规认证中是属于电磁兼容的范畴。

对户外LED照明驱动电源而言，使用环境决定了防雷击是衡量其性能的一个重要陈浩专栏指标。故防雷设计对户外LED电源来说是必须要考量的。图1所示的是一个电源AC输入端典型的防雷电路，其主要的是机理是吸收雷击所带来的瞬态能量或将能量通过预定的路径泄放到大地，从而避免对电源后端的冲击。

该设计包含了二级防护电路，一级保护电路由保险丝FUSE、压敏电阻器MOV1，气体放电管AR3组成;二级保护电路由压敏电阻器MOV2、MOV3，气体放电管AR1、AR2;二级防护的作用各有不同，一级保护电路主要负责处理差模浪涌，对电源端口的差模浪涌电压进行瞬间吸收。二级保护电路主要负责处理共模浪涌，通过压敏电阻、防雷管的有效吸收及对地的能量泄放，使浪涌冲击在经过此级保护电路后大大降低。

防雷是一种约定俗成的习惯称谓，转化为对电源的要求来说是指电源要具备防浪涌冲击的一种能力。LED驱动电源在安规认证上要求要对其进行浪涌(冲击)抗干扰度试验，以保证电源具有一定的抗干扰能力。国内执行的标准是GB/T17626.5《电磁兼容试验和测试技术浪涌(冲击)抗扰度试验》，此标准等同采用IEC61000-4-5：2005。

LED驱动电源是作为LED灯具的一个部件而存在的，当LED驱动电源与LED模块分别放置时，LED驱动电源的输出端口和LED模块输入端口须满足此标准的规定：能承受线与线间2kV、线与地间4kV(即差模2KV、共模4KV的标准)的浪涌冲击。同时对LED灯具交流电源端口同样有此要求。

目前LED户外驱动电源在对防雷击方面还是一个比较难突破的问题。当然，电子技术发展到现在，从技术层面来说都不是很大的挑战，只是因为LED灯具对电源整体尺寸有要求和限制，在一个有限的空间内设计出满足防雷要求的电源则显得还不是那么容易。一般地，现行的GB/T17626.5只建议产品要满足差模2KV、共模4KV的标准。事实上，此规格远不能满足实际的要求，尤其是用于特殊条件如港口码头、周边有大型机电设备的工厂或雷击多发区。

为了解决这一矛盾，很多工程企业往往是通过增加一个独立的浪涌抑制器来解决。通过在输入与户外LED驱动电源(不限于LED驱动电源，可泛指电子设备，下同)间增加一个独立的防雷设备，以此来化解雷击对户外LED驱动电源的威胁，从而极大地保证了电源的可靠性。有必要指出，对于独立式防雷器来说，其参考标准与一体式的电源防雷标准不同，其参考的标准为IEC61643-1或EN61643-11。独立式防雷器一般都由多级防护线路组成。为保护后级的电源设备，它必须保证经过其多级保护后的残余电压小于后级电源能承受的浪涌冲击电压，此值越小越好，一般要求小于1.5KV，设计比较好的产品此值可低于0.8KV。

事实上，电源除了在遭受雷击外，在接通、断开电感、容性负载或大型负载、电力系统的切换、与开关器件相关联的谐振现象及各种系统故障如系统组合对接地系统的短路和电弧故障均会产生很高的瞬时过电压(或过电流)。例如大功率驱动电源在开通瞬间，特别是在冷启机条件下，会产生一个很大的浪涌电流流入电源设备，是因为电源里面有很多不同用途的电容，尤其是用于PFC(功率因数调整)线路后的高压、大容量的电解电容，在启机前电压很低，在接通市电很短的时间内对电容迅速充电，该峰值电流远远大于稳态条件下的输入电流。

如果同时恰好在输入电压为90度相位角时接通，这个时候的冲击电流会更大。

如何保证户外LED驱动电源满足防雷的要求，除了设计相应的防雷电路外，同时要充分考虑到元件的应力能力，尤其是电源输入端的压敏电阻、放电管、整流桥、保险丝、EMI滤波等器件，要充分考虑到可能承受的浪涌水平。至少要保证满足相关标准如GB/T17625.6(等同采用IEC61000-4-5：2005)或IEC61643-1或EN61643-11的基本要求。

此外，在驱动电源的正确安装和使用方面也有一些事项值的注意。如电源必须可靠接地，以保证冲击能量有固定路径可泄放;采用专用线路为户外驱动电源供电，避免周边有大型的机电设备以避免在机电设备启动时产生浪涌冲击;合理控制每条支路上灯具(或电源)的负载总量，避免因负载太大开机瞬间产生浪涌冲击;合理配置闸刀，开或关须逐级进行。这些都可有效地避免带来操作浪涌冲击，从而使得LED驱动电源能更可靠的工作。