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LED Lighting

产品概述

半导体照明是一种采用发光二极管(LED)作为光源的照明装置,广泛应用于装饰灯、城市景观照明、交通信号灯、大屏幕显示、仪器仪表指示灯、汽车用灯、手机及PDA背光源、电脑及普通照明等领域。LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写,它是半导体制成的光电器件,可将电能转换为光能。半导体照明相同亮度的能耗仅为普通白炽灯的十分之一,而寿命却为其100倍,被誉为“21世纪新固体光源时代的革命性技术”。

半导体照明产品的构成及其发光原理

与白炽灯和节能灯不同的是,半导体照明采用电场发光。它的基本结构是将一块电致发光的半导体材料置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。LED因使用材料的不同,其二极管内电子、空穴所占能级也有所不同,能级差的不同使载流子复合时产生的光子的能量不同,从而形成不同波长的光。

由于半导体照明能把电能直接转换为光能,因此从理论上可以产生较高的光效。近几年来, LED的光效提高很快。在1998年,白光LED的光效只有5 lm/W,但在2000年时,白光LED的光效已达25 lm/W,这一指标与卤钨灯相近。2008年7月22日,位于加州的欧司朗公司在开发高亮度、高效率LED上取得了新的突破,在350 mA的标准条件下,亮度的峰值达到155 lm,效率达到136 lm/W。2009年,世界LED巨头Cree、Nichia新近宣布LED的发光效率实验值分别是161 lm/W@350 mA、145 lm/W@350 mA,这些结果都已经大大超过了现有照明灯具的光效。当然,上述这些都是在实验室取得的,在实际应用中,由于受散热性等多方面的影响,LED的光效仅只有几十lm/W。不过以当前LED技术的发展速度,相信LED光效的瓶颈会得到突破,从而真正实现LED照明的广泛应用。

半导体照明产品的分类

    LED常见分类主要有以下五种方式:

(1) 按发光管发光颜色:可分成红色、橙色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。另外,有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色,上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。目前,为了提高LED的发光效率,推动LED在通用照明领域的应用,用红、绿、蓝三基色或其他途径合成白光LED成为该领域的研究热点。

(2) 按发光管出光面特征:可分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为Φ2 mm、Φ4.4 mm、Φ5 mm、Φ8 mm、Φ10 mm及Φ20 mm等。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。

(3) 按照发光强度角分布图,可分为以下三类:

高指向性:一般为尖头环氧封装,或是带金属反射腔封装,且不加散射剂。半值角为5°~20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用,或与光检出器联用以组成自动检测系统。

标准型:通常作指示灯用,其半值角为20°~45°。

散射型:这是视角较大的指示灯,半值角为45°~90°或更大,散射剂的量较大。

(4) 按发光二极管的结构:可分为全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

(5) 按发光强度和工作电流:按发光强度可分为普通亮度的LED(发光强度小于10 mcd)、高亮度的LED(发光强度介于10~100 mcd之间)和超高亮度的LED(发光强度大于100 mcd);按照工作电流,可分为一般LED和低电流LED,其中一般LED的工作电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的工作电流在2 mA以下(亮度与普通发光管相同)。

半导体照明产品的特点

在当前全球能源短缺的形势下,节约能源是我们正面临的重要问题。LED被称为第四代照明光源或绿色光源,它的节能、环保、寿命长等特点,正是其不断受到世界各国推崇的重要原因:

(1) 寿命长:光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时,一个LED灯在理想情况下可以使用50年。

(2) 色彩丰富:LED已经实现了多个波长的单基色,有红、琥珀黄、黄、绿、蓝等,基本满足了应用领域对LED色彩的要求,随着更多新材料的开发,还会实现更多的基色及至全彩色。

(3) 稳定可靠:没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件,非正常报废率很小。在LED的寿命期内,LED一般都能稳定地工作,维护工作量较小。

(4) 电气安全性高:LED一般工作在低电压(6-24 V)、小电流(10-20 mA)环境下,属弱电级工作器件,有较好的电气安全性能。

(5) 节能环保效率高:光谱几乎全部集中于可见光频率,效率可以达到50%以上,而光效相近的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。而且LED灯不存在有害金属汞污染等问题,符合社会发展趋势。

(6) 应用灵活性好:LED可进行低压供电,也可用110 V/220 V电源供电,加上单粒LED的体积小(芯片更小,只用3-5 mm2),可以平面封装,易开发成轻薄短小的产品,做成点、线、面各种形式的具体应用产品。

(7) 受控制能力强:现有的技术已经可以实现LED的亮度、灰度、动态显示、分布控制等,是其它发光装置无可比拟的。

(8) 抗震性能优越:LED的坚固、耐震、耐冲击性能都超过了目前所有其它类型的电光源产品。

(9) 响应速度快:LED的响应速度在毫秒级,可以有效地应用于显示屏、汽车刹车灯、相机闪光灯等领域。

(10) 显色性能良好:白色LED目前的显色指数Ra达到了70以上,色温范围从3600 K到11000 K不等(随荧光粉不同而变),而且已经获得了实验室提高的方案。

此外,LED还具有亮度高、无干扰、方向性好等特点。

半导体照明产业链

LED产业链大致可分为五部分:原材料;LED上游产业;LED中游产业;LED下游产业;测试仪器和生产设备。具体包含内容如表1.1所示:

表1.1 LED产业链分布

lightingindustry

纵观整条产业链,上游和中游是典型的技术或资本密集的“三高”产业:高难度、高投入、高风险,在某些环节技术难度极大、工艺精度要求极高、对技术和设备的依赖极强,而处于产业链中下游的封装和应用环节壁垒很低,属于劳动密集型产业。但目前封装对于高亮度芯片的散热、发光提出了更高的要求,技术上的要求和重要性也越来越高。行业呈现出上中游企业数量相对较少,而下游企业数量较多的金字塔形态。

全球半导体照明产业概况

1. 各国加紧推进半导体照明产业发展

从国际上看,由于LED产业巨大的经济效益和社会效益,世界主要发达国家和地区纷纷制定了发展计划,带动了各国和地区研发、投资力度的不断加大,推动了LED产业的快速发展。

日本于1998年率先实施“21世纪照明”计划,参与机构包括4所大学、13家公司和1个协会。该计划关注的核心在于高质量材料的生长、高功率芯片的制备和高效率白光荧光粉的获得等,开展研究的项目包括:氮化镓基化合物半导体发光机理的基础研究,改进用于紫外发光二极管外延生长的方法,研究用于同质外延生长的大面积衬底,开发由紫外发光二极管激励产生白光的荧光粉等。日本十分支持LED技术的推广应用工作,目前,已经有相当部分的传统照明光源被LED所取代。

作为美国半导体照明的主要推进部门,美国能源部制定了一系列计划和政策来支持半导体照明技术与产业的发展。2000年,美国能源部启动了由13个国家重点实验室、公司和大学参加的“半导体照明国家研究项目”,计划用10年时间,耗资5亿美元开发半导体照明产品,重点研究方向是:发光二极管成本的降低和转换效率的提升、氮化镓(GaN)材料的固体物理学问题、金属有机化学气相沉积(MOCVD)相关工艺、低缺陷密度衬底和器件结构的优化等,目的是为了使美国在未来照明光源市场竞争中,领先于日本、欧洲及韩国等竞争者。随后,由美国能源部负责制定了《固态照明研究与发展计划》,该计划为半导体照明确定了无机发光二极管和有机发光二极管(OLED)两个方向,最新的修订计划已经将技术发展的时间表更新为:到2010年、2012年和2015年,无机发光二极管的发光效率目标分别达到129 lm/W、151 lm/W和184 lm/W。预计到2010年,55%的白炽灯和荧光灯被半导体照明产品取代;到2025年,固态照明光源的使用将使照明用电减少一半,每年节电额达350亿美元。

欧盟于2000年7月实施了“彩虹计划”,成立研究总署,通过欧盟的补助金推广白光LED的应用。该计划委托6个大公司、2所大学执行,研究内容之一是发展氮化镓基照明光源。2004年7月,“彩虹计划”的后续固态照明研究项目已经正式启动。

2002年,韩国产业资源部制定了光电子产业分支-GaN半导体发光计划,在2000-2008年间政府投入4.72亿美元,企业投入7.36亿美元,目标是成为亚洲最大的光电子生产国。2009年,政府还协助建立一项规模为500亿韩元(约合4700万美元)的采购基金,以促进LED的生产和使用。

台湾经济主管部门为构建白光LED产业竞争力和加速LED照明产业化,于2007年7月开始推动为期4年的“白光LED照明产业发展辅导计划”,以发展白光LED组件及照明应用产业为主轴,协助厂商研发相关应用的关键性零组件及核心技术,提升相关LED照明产业的技术自主性及产品竞争力。并积极推动“白炽灯汰换计划”,预计于2009年第一季度政府机关全面禁用白炽灯,改用LED照明。

2. 全球LED产业竞争格局

LED产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导、三足鼎立的产业分布与竞争格局,这些地区的厂商垄断着高端产品市场。从全球范围来看,LED的主导厂商是日本的日亚化学(Nichia)和丰田合成(Toyoda Gosei)、美国的Cree以及欧洲的Philips Lumileds和欧司朗(Osram)五大厂商,他们无一例外都在上游拥有强大技术实力和产能。

从收入看,目前日本是全球最大的LED生产地,约占一半的市场份额,其主要厂商为日亚公司和丰田合成公司。其中日亚公司为全球最大的LED生产商,专长生产荧光粉和各种颜色的LED,年销售收入超过10亿美元,是全球InGaN LED的领导者,以生产高亮度白光LED和大功率LED著称。丰田合成从1986年开始LED的研究和开发,1991年成功开发出世界第一个氮化镓的蓝光LED,扫除了实现白光LED的最后障碍,目前主要生产应用于移动手机的LED产品,高亮度LED年销售收入超过2.74亿美元。

欧美也是LED的传统强势区域,其主要厂商是Cree和Philips Lumileds。美国Cree虽然是新兴照明企业,但以其技术先进性成为LED照明产业的先锋代表。2008年3月,Cree完成对元老级厂商LED Lighting Fixture Inc.公司的收购,使其在产品丰富性及技术先进性上得到进一步加强。2008财年CREE的销售收入达到5亿美元。Philips Lumileds Lighting 目前是飞利浦的全资子公司,总部设在加州圣何塞,是世界领先的高功率LED的制造商,同时也是为日常用途,包括汽车照明、照相机闪光灯、LCD显示器和电视、便携照明、投影和普通照明等领域,开发固态照明解决方案的开创者。

台湾在全球市场份额中排名第二,其LED技术含量与日本、欧美的主要企业相比还存在一定距离。台湾地区LED产业是典型的下游切入模式,即通过二十多年下游封装领域的经验积累,逐步延伸拓展到上游/中游的外延片/芯片领域。目前上游已有多家较有实力的外延片厂商,其中最大的是晶元(Epistar),07年销售收入102亿新台币,合25亿人民币。

我国半导体照明产业概况

我国是世界照明电器第一大生产国、第二大出口国,半导体照明产业有着一定的产业基础。经过多年的发展,我国LED产业已经取得了一定规模。2008年包括了外延、芯片、封装、应用四个环节的中国LED产业总产值近700亿元,其中芯片产值19亿元,芯片国产化率达到49%,已成为全球第三大GaN(氮化镓)芯片生产基地;封装产值185亿元,成为全球重要的封装生产基地;应用产品产值450亿元,年增长率接近50%。随着国内半导体照明技术日渐成熟和产业规模迅速扩大,我国台湾地区及国外企业开始大量向我国大陆转移,我国大陆地区已经成为半导体照明产业发展最快、潜力最大的地区,预计2010年我国半导体照明产业产值将超过1000亿元。

国家对LED产业的发展给予了大力支持。2003年6月17日,由中国科技部牵头成立了跨部门、跨地区、跨行业的“国家半导体照明工程协调领导小组”。2005年,我国又启动了 “半导体照明工程产业化技术开发”重大项目,目的是打造一批半导体照明特色产业基地,形成我国自己的半导体照明产业。在这一背景下,全国十几个省市迅速掀起了建立国家半导体照明工程产业化基地的高潮。从2006年的“十一五”开始,国家继续把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。2006年初,国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》,“高效节能、长寿命的半导体产品”被列入中长期规划第一重点领域(能源)的第一优先主题(工业节能),在国内外引起广泛关注。目前,我国LED产业已经初步形成了四大片区(珠三角、长三角、福建江西地区、北方地区)、七大基地(大连、上海、深圳、南昌、厦门、扬州、石家庄)的产业格局。

在LED产业链分布方面,我国存在上下游产业分布不均衡的现状。由于上游产业对于技术和资金要求较高,导致国内企业极少涉足,因此存在企业数量少,规模小的特点。相比之下,由于下游封装和应用对企业提出的资金和技术要求相对较低,这恰恰与国内企业资金少,技术弱的特点相匹配,因此,国内从事这两个环节的企业数量较多。这种企业结构分布不均的局面导致中国LED产业多以低端产品为主,企业长期面临严峻的价格压力。随着国家半导体照明工程的启动,中国LED产业发展“一头沉”的状态正在逐步发生改变,中国LED上游产业近几年得到了较快的发展,其中芯片产业发展最为引人注目。随着厦门三安、大连路美等一批高亮度芯片生产企业的产能释放,国内高亮度芯片产量出现井喷式增长。从2003年至2006年,高亮度芯片产量持续保持100%以上的增长速度。一方面,LED芯片产业产品升级步伐逐渐加快,LED芯片产品将整体走向高端。另一方面,LED封装产业的快速发展,也为LED芯片提供了广阔的市场需求,进而为LED产业的发展提供了良好的外部环境。随着LED芯片生产企业的不断增多,LED芯片产值的增长速度一直高于封装环节,我国LED产业正在由低端走向高端,向附加值更高、更具核心价值的芯片环节迈进。

总之,在政府的大力支持下,我国LED产业正在迅速发展。但和发达国家相比,我国还存在很大差距,主要表现在缺乏包括研发、制造、销售与物流、服务等环节的完整的价值链;产业链不平衡、不配套、头重脚轻、基础不稳;缺乏战略性发展规划,相关企业规模小而分散,缺乏业内龙头企业;研发投入严重不足等。

深圳半导体照明产业概况

从上世纪90年代初起,经过十几年的发展,深圳LED产业发展迅速,已有700多家企业从事半导体照明技术及产品研究、开发、生产。2008年度的产值超180亿元,员工人数超过12万人。目前,深圳已成为太阳能LED灯具全球最大的生产和供应基地、LED背光源全球主要的生产和供应基地、LED显示屏国内最大的生产和供应基地,LED封装和特种工业照明国内主要生产地区。

深圳LED企业主要分布在上游衬底材料、外延片,中游芯片,到下游封装、应用及配套材料、应用及配套材料、加工及检测设备等各个环节,已形成国内相对完整的产业链,并在产业链中下游形成了一定的产业聚集。据不完全统计,深圳LED企业中,应用产品企业、封装企业、配套企业各约占33%,外延芯片等中上游企业约占1%。从产品结构上看,深圳LED产业的产品分布非常广泛,几乎涵盖了目前LED产业上、中、下游的产品大类。

深圳市已设立“深圳国家半导体照明工程产业化基地联席会议”,积极推进LED产业发展。目前,基本形成“衬底材料—外延片—芯片—封装—应用”相对完整的产业链,为产业发展奠定了良好的基础。未来5—10年,是现代LED技术产业化应用大规模展开、分工格局快速形成的重要阶段。如果能在这个阶段,形成推动LED产业快速发展的有利条件,深圳的LED产业就有可能在现有的基础上进一步做大做强,抢占国内乃至国际LED产业发展的制高点。目前,科技部已经批准上海、大连、南昌、厦门以及深圳作为产业化基地。2007年6月,深圳“国家半导体照明工程产业化基地”在宝安区光明高新技术园区奠基挂牌,产业基地的目标是——到2010年,上、中、下游及应用产品企业超过200家,年销售收入接近1000亿元,创汇超过25亿美元。同时,深圳市还将建研究开发、资源共享、成果转化及产品交易平台,建设LED产业聚集园,制定LED照明产品推广财政补贴方法,鼓励单位和个人选用高效节能的LED产品,以推动LED产业及市场的共同成长。

为进一步促进LED产业发展,2009年深圳编制了《深圳市LED产业发展规划(2009—2015年)》。该发展规划是深圳市LED产业科学发展的行动纲领,它和《深圳推广高效节能半导体照明(LED)产品示范工程实施方案》等6大文件一起组成深圳市扶持发展LED产业发展的重要政策框架。

深圳也积极通过产业联盟、国际采购交易中心的建设来推动LED产业的发展。2009年7月7日,由深圳市42家LED产学研单位组成的“深圳市LED产业标准联盟”揭牌,该联盟将致力于LED相关标准的研究、应用和服务,力求将深圳打造成LED行业的引领者,争取国际标准的话语权。LED产业标准联盟的成立,对于规范LED行业发展、提升产品品质、提升自主创新能力、加快深圳LED产业升级具有重要的意义。2009年7月30日,深圳LED国际采购交易中心在深圳华强北华强电子世界成立,中心集LED相关产品展示、国际化采购交易、LED应用设计及创意设计展示传播功能于一体,是深圳LED产业核心竞争力的体现,也是政府、企业、产业三者之间资源共享与交流的平台。此外,深圳还计划由政府主导为LED产业配套公共研发平台、公共检测平台、公共信息平台和知识产权服务平台,并开始着手深圳LED国际交易博览中心项目的选址、确定投资主体、运营模式等前期建设工作。

LED产业是朝阳产业、绿色产业,符合科学发展观的方向,符合集约、节约发展道路,符合建设和谐深圳、效益深圳的要求,同时也符合国家的产业发展方向。长期以来,深圳市政府对这一产业给予了充分关注和支持,深圳的LED产业已经形成一定规模和产业优势,具备了抢占国内乃至国际LED产业发展制高点的重要因素和条件。通过这一系列政策的实施,深圳将建成全国乃至全球重要的LED产业研发生产基地,进一步带动深圳产业结构升级,促进深圳经济发展方式转变,推动深圳经济平稳较快发展。

中国半导体照明标准制定概况

LED产业的迅速发展对标准化工作提出了迫切需要,国际相关标准化组织和欧美日韩等发达国家都加大力度开展相关标准的研制工作。我国相关标准化组织也同样开展了大量的标准化工作,目前我国与LED材料、外延片、芯片、器件/模块和应用方面相关的TC/SC可参见表1.2。

表1.2 我国与LED相关的TC/SC

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其中,TC 224全国照明电器标准化技术委员会和TC 229全国稀土标准化技术委员会已经制定或正在制定一系列LED标准。此外,工业和信息化部半导体照明技术标准工作组的活动也较为活跃,而一些省市也制定了LED相关的地方标准。下面就重点介绍这几个TC和工作组及其制定的相关LED标准的情况。

4点省略。

本项研究必要性,省略。。

国际标准

国际标准

鉴于半导体照明技术的日益成熟以及飞速发展,国际标准化组织纷纷制定相关的标准,对半导体照明产品的安全、性能等方面的要求予以规范。其中,国际照明委员会(CIE)和国际电工委员会(IEC)在这方面起着主导作用。国际照明委员会制定的LED相关标准侧重于基础理论和测试方法方面,对整个行业都具有重要的指导作用;国际电工委员会侧重于对半导体照明器具的安全、性能及电磁兼容要求进行规定,是许多国家和地区制定本地标准的主要依据,也是企业开展生产的重要指导。因此,对CIE、IEC等国际标准化组织制定的相关标准进行熟悉和了解,是半导体照明企业顺利实现出口的重要前提。本章着重对CIE和IEC相关LED照明器具标准进行解读,以期为企业提供参考。

CIE标准

CIE标准

国际照明委员会(International Commission on Illumination,简称CIE)是一个独立的、公益性的学术组织,致力于推动光学和照明、色彩和视觉以及图像技术领域的国际合作和信息交流。CIE成立于1913年,总部位于奥地利维也纳,鉴于其在光学和照明领域的专业性和权威性,目前已被国际标准化组织(ISO)认可为国际标准化机构之一。

CIE的技术领域包括基础学科和应用学科。基础学科如:涉及涵盖紫外线、可见光和红外线的光谱范围内的自然和人造辐射的视觉、光度学和色度学;应用学科包括光的所有使用,室内和室外应用,环境和审美的影响,以及光的产生和控制方式等。1999年以来,图像传输、处理和复制使用的所有类型的分析和数字图像装置、存储媒体和图像媒体的光学、视觉和度量衡方面的问题也归属于CIE。目前,CIE已经出版了大量的光学、色彩、照明等领域的标准、指南、技术报告和会议文件等。

由于LED光源与其他电光源存在显著差异,因此近几年来,CIE也在积极制定与LED相关的技术报告和规范。目前它已经推出的技术报告有:《LED测量方法》《白光LED的显色性》等,标准有CIE S 009/D:2002《灯与灯系统的光生物安全性》、CEI/IEC 62471:2006《灯与灯系统的光生物安全性》等。此外,CIE也在积极进行有关LED光强测量、LED辐射及亮度测量、LED串及阵列的光学测量等规范的制定。由于CIE S 009/D:2002已经被应用到标准CEI/IEC 62471:2006中,我们在本专题的“IEC标准“栏目中将此标准进行详细介绍,因此这里主要对CIE127:2007及CIE177:2007进行介绍与分析。

CIE 127:2007

CIE 127:2007《LED测量方法》是由CIE的技术委员会TC 2-45“LED的测量”负责研究与撰写的,它是对CIE 127:1997的修订与更新,并且取代了CIE 127:1997CIE 127:1997是在大功率LED技术普及之前发布的,自发布以来,LED技术取得了巨大进步,尤其是包括白光在内的多色彩的大功率LED出现,使得LED检测技术出现了很大的变化。CIE 127:2007对这些变化进行了反映,同时推荐了更为有效的、可复制性更强的LED检测方法。
CIE 127:2007仅对单一的LED的检测方法进行规定,并不涵盖LED串或LED阵列以及使用LED的灯具,也不包含诸如有机发光二极管(OLED)在内的大面积表面发光体。CIE 127:2007主要涉及进行实验室校准时,LED的光度测量、辐射度测量以及色度测量,并不涉及有其它考虑的生产线上的测量程序。以下就部分主要内容进行介绍:
1. 光强(Luminous intensity)
光强(I)即光源中发出的光通量(dΦV)与指定方向立体角(dΩ)之间的商:

I = dΦV / dΩ                             (1)

    也许公式(1)让人觉得仅仅对给定方向的每立体角的光通量进行测量即可,但实际情况要复杂得多。光强的概念要求对点光源进行假设,或者至少有一个尺寸足够 小的光源,小到在和光源及检测器之间的距离相比时足以对其进行忽略,以及,至少大体上要求测量应该在立体角的非常小的单元上进行。许多LED在发光体上存 在一个扩展区域,因此很难将其视作一个点光源。除此之外,LED的封装常常也包含透镜,使得发光的有效中心有所移动。

  1. 照度(Illuminace)
    照度EV(θ, Φ),由来自某方向(θ, Φ)的光源在距离d上在与该方向正交的表面上产生的,它与该方向的光强IV (θ, Φ)是相关的,见以下公式:

EV (θ, Φ) = IV (θ, Φ) / d2                       (2)

    公式(2)假设该距离足够大,以使得光源可以有效地作为点光源,并且检测器所对的角度足够小,以使得照度均匀。该公式还可以表述为:

IV (θ, Φ) = EV(θ, Φ) * d2                        (3)

    这是所有光强实际测量的基础。所实际测量的量是光度计表面的照度,强度可以根据公式(3)将照度乘以与光源距离的平方。
然而,如果需要精确测量光强,不仅光源的相对尺寸和检测器所对的角度要小,而且能够测量光源和光度计之间的精确距离也是非常重要的。LED有效发光中心的实际位置由于其透镜或整体的扩散性而难以把握,因此距离也通常通过对LED封装上的任意位置的测量而确定。
3. 平均LED强度(Averaged LED Intensity)


    在LED的测量中,CIE引入了平均LED强度(Averaged LED luminous intensity或 Averaged LED radiant intensity,简称为Averaged LED Intensity)的概念。在测量中,设定了用于LED测量的CIE标准条件A和条件B两种情形。对于在这些条件下进行的平均LED强度的测定,引入了ILED A  和ILED B两个符号,它们既可用于辐射度量值,也可用于光度量值(例如ILED A eILED B v)。

两种条件均包含了对具有100 mm2面积(相当于直径大约为11.3 mm)的圆形入口孔的检测器的使用。LED应被置于面向检测器的地方,并被调整为LED的机械轴通过检测器孔径的中心。正是LED和检测器之间的距离构成了条件A和条件B之间的差异。这个距离是:

  • 对于CIE标准条件A:316 mm,以及
  • 对于CIE标准条件B:100 mm。

在两种情况下,距离都是通过LED前面尖端到光度计或辐射度计的入口孔平面的距离来测量的。如果检测器被校准为用于照度,则平均LED强度可以用以下公式进行计算:

ILED v = EV * d2                                (4)

    在上面公式中,EV为由检测器测量的平均照度(单位勒克斯),d为距离(单位米)。对于条件A,d = 0.316 m;对于条件B,d = 0.100 m。
对于平均LED强度测量,有如下的替代方法:
受检测的LED被校准为与同一类型的参考LED(类似的光谱分布)相比较。参考LED必须被校准为和受测量的LED有同样的几何形(CIE条件A或条件B)。受测LED的平均LED强度ILED(单位:cd)可由以下公式获得:

ILED,test = (ytest / yref)  * ILED, ref                     (5)

    在公式(5)中,ILED,testILED, ref分别为参考LED和受测LED的平均LED强度。ytest和yref分 别为参考LED和受测LED的光度信号。用这一替代测量方法,就没有必要进行光谱非匹配校正,测量过程也非常简单。但是,如果许多不同型号的受测LED进 行测试,则相应需要许多不同型号的标准LED。也许,由于参考LED和受测LED之间会有细微的光谱分布的差异,也会存在一些光谱非匹配的错误,这应该作 为不确定组件来进行衡量。如果在实际中存在许多类(颜色)受测LED,而很难得到如此多类型的标准LED,则可运用光谱非匹配校正的方法进行测量。
在这类测量中,光谱辐射计(Spectroradiometer)可以安装在用于平均LED强度测量的光度计的头部,但前提是该光谱辐射计是针对LED的测量进行恰当设计的。
4. 光通量(Luminous Flux)
    在LED的测量中,光通量分为总光通量(Total Luminous Flux)和部分LED通量(Partial LED Flux)。总光通量指从光源发射的所有通量,即所有角度(4π球面立体角)上整合的总通量。然而,在某些情况下,发射到某一特定立体角的部分光通量的概念也十分必要,一些无意识的发射角度(例如向后发光)可以忽视。
(1) 总光通量
总光通量是光源的基础参数。它由光源在4π球面立体角上的累积光通量所确定。总光通的符号为θ或θV,单位为流明。它可以根据整个光源的完整立体角上的所有光强进行确定:

                   pic              (6)

    或者,可以通过在光源周围环绕的一个封闭的虚拟表面的整体区域所发出的所有光进行确定:

                 pic  (7)

 

上述总光通量,应该包括LED发出的所有光通量,其中也包括向后发出的光通量。
(2) 部分LED通量
部分LED通量是一个在特定应用情形下才使用的参数。它是指从LED发出的通量,该通量仅在一个给定的锥形角(以LED的机械轴为中心)内传播,此锥形角由一个尺寸50 mm的圆孔决定,其距离从LED的尖端开始测量。距离d由锥形角度xo决定,计算公式为:

pic       (8)

在公式(8)中,0o≤x≤180o
部分LED通量的符号为ΦLED, x, 其中x的值是锥形角的角度。在对部分LED通量进行衡量时,任何不在给定锥形角中发出的光都将被忽略。LED的参考点为LED封装的尖端,尽管其并非光发 射的有效中心,但它很容易被确定。而LED真正的有效中心是很难确定的,有时候甚至无法确定。因此选择LED封装尖端作为LED测量的参考点,是为了测量 的简便性和可复制性。为了在测量中获得较好的可复制性,圆孔直径(50 mm)也是固定的。
通常,总光通量的概念应该尽量多地使用。部分LED通量仅在总光通量无法满足既定应用的需求时才使用。当使用部分LED通量时,建议尽量多地使用40o、60o、90o、120o这样的角度。
(3)测量方法
光通量的测量方法有两种:测角光度计(Goniophotometer)和积分球(Integrating sphere)。其中,总光通量的测量两种方法均可使用;但部分LED通量的测量通常使用积分球法。

  1. 光谱测量(Spectral Measurement)
    (1) 与光谱分布相关的参量
  • 峰值波长:

峰值波长(λp)是指光谱分布中的最大波长。

  • 一半强度的光谱带宽(Spectral bandwidth at half intensity levels)

一半强度的光谱带宽(Δλ0.5)是通过当峰值强度降到50%时,λp两旁的两个波长值λ’0.5和λ”0.5来计算的:

Δλ0.5 =λ”0.5 - λ’0.5                       (9)

    在某些情况下,Δλ0.1的值也使用,即当强度降到最大强度的10%时,两个波长之间的带宽。

  •  一半强度带宽的中心波长

一半强度带宽的中心波长(λ0.5m)即指光谱带宽在50%水平时两个限制波长λ’0.5和λ”0.5之间中央部位的波长。它可以根据公式10来计算:

λ0.5m =1/2(λ’0.5 +λ”0.5)                        (10)

  • 波长重心

光谱分布的波长重心(λc),作为波长重力的中心,根据以下公式来计算:

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(2) 由光谱分布决定的色度参量

  • 主波长

带色彩刺激因子的主波长根据以下方法定义:
带单色刺激因子的波长,当按照合适比例和特定消除色差的因子混合在一起时,就与彩色刺激因子相匹配。为了符合LED的特征,参考的消除色差因子应该是等能量谱,其作为波长功能的光谱能量聚集的刺激因子是恒量,并且具有以下色度坐标:XE = 0.3333,YE = 0.3333。

  • 纯度

为了描述LED发射的纯度,使用了术语激发纯度(Pe)。 该参量是CIE 1931标准色度系统的色度坐标上的两个同一直线上的距离NC/ND的比率。第一个距离是代表所涉及的色彩刺激因子的C点与代表特点消除色差因子的N点之 间的距离;第二个距离是N点和D点之间的距离,D点是所涉及的色彩刺激因子的主波长的光谱所在地。可以根据公式12进行计算:

                                                Pe =(y-yn) / (yd-yn)或 Pe =(x-xn) / (xd-xn)              (12)

公式(12)中,(x, y)、(xn, yn)、(xd, yd)分别代表点C、N和D的x, y色度坐标。

CIE 177:2007

CIE177:2007《白光LED的显色性》是一份有关LED显色性的技术报告。这份技术报告针对CIE显色指数(CRI)对白光LED的适用性进行了评估。目前推荐的显色指数计算方法是1974年引入的,CIE 13.3:1995对 其有着详细的描述。这份技术报告通过几次最近完成的视觉试验,最终得出结论:当前的CIE CRI不能很好地对白光LED的显色性能进行描述。因此,CIE建议Division 1技术委员会制定新的显色指数。该显色指数不应该马上替代现有的CIE显色指数,但应该提供信息以对现有显色指数进行补充。新的补充的显色指数应该能够适 应于所有类型的光源,而非仅仅是白光LED。
本技术报告的附录部分提出了对白光LED显色指数的改进性的描述。目前,R96a是推荐的新的CRI计算方法。与标准方法比较起来,该方法有以下主要特征:

  • 测试样本取自Macbeth色彩测试标板,而非 Munsell色谱;
  • 使用六个参考光源:D65、D50、P4200、P3450、P2950、P2700,而非连续普朗克/昼光光源集;
  • 使用CIE色度适应公式(CIE,1994),而非von Kries色适应模型;
  • 测试灯及参考灯均需转换至D65色度;
  • 色彩差异用CIELAB量化。

总之,CIE会根据白光LED的特点对其显色性进行具体的规定,具体规范有待进一步出台。

IEC标准

IEC于1906年成立于伦敦,是世界上最早成立的国际标准化团体,主要负责制定电气和电子领域的国际标准。目前,IEC已成立了约179个技术委员会 (TC)和分技术委员会(SC),以及700个项目组(project teams)/维护组(maintenance teams)。在半导体照明设备领域,IEC目前的主要工作内容集中在对LED模块及其连接器的安全要求、LED控制电路安全要求、自镇流LED灯的安全 及性能要求以及LED的光辐射要求等方面。此外,LED灯具还得符合IEC有关灯具的安全要求和电磁兼容要求。
上述要求主要由三个技术委员会负责制定:TC 34(灯和相关设备)、TC 76(光辐射安全和激光设备)和CISPR(国际无线电干扰特别委员会)。以下分别对这三个技术委员会及其制定的相关标准进行简要介绍。

1. TC 34
TC 34成立于1948年,其下设的SC 34A、SC 34B、SC 34C和SC 34D四个分技术委员会,分别负责电灯、灯头和灯座、灯的控制装置、灯具的标准化工作。TC 34为这些分技术委员会提供协调作用,其目的是确保上述这些部件的安全性、可靠性及互换性。TC 34及其下设的SC已制定/正在制定的与LED照明器具相关的标准见表2.1:

表2.1 TC 34制定的LED照明器具相关标准

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2. TC 76
TC 76的首次会议于1974年召开,主要负责制定激光基础技术、激光器件和材料、激光设备和发光二极管、激光应用及相关领域的国际标准。此外,TC 76还负责制定有关由国际非离子辐射防护委员会(ICNIRP)和国际照明委员会(CIE)等组织确定的、对来自人造光且辐射范围在100 nm到1 mm之内的人体暴露限值的应用标准。TC 76已制定/正在制定的与LED照明设备相关的标准见表2.2。

表2.2 TC/SC 76已制定/正在制定的LED照明设备的相关标准

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3. CISPR
CISPR成立于1934年,负责频率范围在9 kHz~400 GHz的无线电通讯设备的产品发射标准的制定,下设7个分委会:A分会(无线电干扰的测量与统计方法)、B分会(工、科、医射频设备的无线电干扰)、D分 会(机动车和内燃机上的电子/电气设备的电磁干扰)、F分会(家用设备工具、照明设备及类似设备的干扰)、H分会(无线电服务保护的限值)、I分会(信息 技术设备、多媒体设备及接收装置的电磁兼容性)、S分会(CISPR的领导委员会),其中LED照明设备应符合的EMC标准CISPR 15:2009《无线电干扰特性.极限值和测量方法》由F分会制定。

技术要求

半导体照明产品在生产时,其模块应该符合IEC 62031《通用照明的LED模块-安全要求》的规定;模块中有连接器的,必须遵循IEC 60838-2-2《杂类灯座:LED模块连接器的特殊要求》;LED照明产品中的电源和驱动,需满足IEC 61347-1《灯的控制装置:通用和安全要求》以及IEC 61347-2-13《灯的控制装置:LED模块交流或直流电子控制装置的特殊要求》中的规定;额定功率60W以下,额定电压在50V至250V之间的自镇流LED灯须满足IEC 62560《普通照明用50V以上自镇流LED灯安全要求》,其它自镇流的LED灯可以参照IEC60968-1999《通用照明的自镇流灯-安全规范》中的相关要求进行安全考核;在光辐射方面,半导体照明产品需遵循IEC 62471《灯 和灯系统的光生物安全性》的规定;此外,半导体照明产品中所使用的灯具还需满足IEC 60598系列标准对灯具的安全要求。总之,IEC对于半导体照明产品的安全要求较为系统,企业应该根据自己产品的特征,根据相应的要求进行生产。下面, 将对几个主要的安全标准进行详细介绍。

LED模块的安全要求

2008年新发布的IEC 62031规定了LED模块的一般要求和安全要求,其适用范围为各类作为光源使用的LED模块,不论此LED模块包含或不包含电源供应电路均可适用。当LED模块包含电源供应线路时,其适用输入电压为交流1000 V以下,频率50 Hz或者60 Hz,或者直流250 V以下。IEC 62031大量引用了IEC 60598-1IEC 61347-1IEC 60838-2-2等现有标准,要求产品的接线端子、爬电距离和电气间隙等符合IEC 60598-1中的相应要求;保护接地、防止意外接触带电部件、防潮性和绝缘、介电强度、螺钉和载流部件、连接件、耐腐蚀等满足IEC 61347-1中的相应要求;模块中连接器部分满足IEC 60838-2-2的相关要求(参见本专题的“LED模块连接器的安全要求”栏目)。此外,该标准还对标记、故障条件和结构进行了详细的说明。
(1) 标记
该部分详细规定了嵌入式或独立LED模块的强制性标记,主要包括以下方面:

  • 来源标记(商标,制造商或者供应商名称);
  • 型号或制造商的类型符号;
  • 以下任意一项:额定电压、电压范围、电源频率等;额定电流、电流范围、电源频率等;额定功率或功率范围;
  • 标称功率;
  • 为了安全起见,应标识连接的位置和目的,连接线应清楚地标识在线路图上;
  • tc值,如果它涉及到LED模块的某个位置,则该位置应该在制造商的产品说明书中说明;
  • 对眼睛的保护,参见IEC 62471的要求;
  • 为了与独立式模块区分开,内置式模块应该标识出来,该标识应位于产品包装或模块自身上。
    此外,该部分还对标记位置以及标记的耐久性和易辨认性进行了规定。
(2) 接线端子
    这部分主要引用了IEC 60598-1中第14和15条相关要求:
① 螺纹接线端子
在适用的情况下,LED模块中的螺纹接线端子应符合以下要求:
  • 接线端子主要是连接一根导体;
  • 在一般情况下,接线端子应适宜连接软缆或软线,导体不必特殊处理,在某些情况下,用电缆接线片连接或与接线条连接时,则需要进行处理;
  • 接线端子的设计或定位应使得当拧紧夹持螺钉或螺母时,无论是实心导体还是绞合导体中的一股都不能滑出;
  • 接线端子应具有足够的机械强度;
  • 接线端子应耐腐蚀;
  • 接线端子应将导体可靠地夹紧在两个金属面之间;
  • 接线端子应以导体不会过度损坏的方式夹紧导体。
    此外,还对导体标称截面积、导体合成、接线端子不同的设计形状等进行了规定。
② 无螺纹接线端子
  • 接线端子或连接件的载流部件应由下列材料之一组成:
      – 铜;
– 对冷作部件,至少含58%铜的合金,或其他部件,至少含50%铜的合金;
– 防腐蚀性能不低于铜且机械性能不低于适合的其他金属;
  • 接线端子的设计应使得当导体已充分插入接线端子时,有一挡块防止导体端部继续插入;
  • 弹簧式非永久性的无螺纹接线端子,连上和拆下导体的方式应明晰;
  • 用弹簧夹连接几根导体的接线端子应独立地夹紧每根导体;
  • 接线端子应适当地在设备上或接线端子座上或者其他位置上固定,导体插入或拆下时,接线端子不得松动;
  • 接线端子和连接件应能承受在正常使用中可能出现的机械、电和热的应力。

此外,还对电气连接件的设计等进行明确规定。
(3) 保护接地装置
这部分引用了IEC 61347-1中第9条的规定,即要求接线端子符合IEC 60598-1中的相关规定(参见本专题的“LED灯具的安全要求” 栏目中的“(1) 接线端子”部分)。电气连接件应能充分锁定防止松动,并且在只用手不使用工具的情况下不能将其松动。对于无螺纹节点端子,其固定装置/电气连接不能随意被 打开。灯的控制装置(不包括独立式灯的控制装置)可以固定在接地的金属件上来形成接地,但是,如果灯的控制装置具备接地端子,则该接地装置只能用于灯的控 制装置的接地。接地端子的所有部件应能将由于与接地导体或其它金属件相接而发生电解质腐蚀的危险降至最低程度。接线端子的所有部件应由黄铜或其它耐腐蚀的 金属制成,或由有防锈表面的材料制成,并且他们的接触面中应至少有一个是裸露的金属。
(4) 防止意外接触带电部件
这部分引用了IEC 61347-1中第10条的规定,即要求:

  • 不是依靠灯具的外壳作为防电击保护措施的灯的控制装置在按正常使用要求进行安装时应能充分防止与带电部件发生意外接触;
  • 依靠灯具外壳作为防电击保护措施的整体式灯的控制装置,应按照其预定使用要求进行试验;
  • 清漆和瓷釉被视为不具备充分的防电击性能和绝缘性;
  • 凡能提供防电击保护措施的部件,应具有充分的机械强度,在正常工作中不应松动,在不使用工具的情况下不能将其拆除。
(5) 防潮性和绝缘
这部分引用了IEC 61347-1中第11条的规定,即要求:
  • 灯的控制装置应耐潮湿;
  • 基本绝缘的绝缘电阻应不小于2 MΩ,在下述各部件之间应具有充分的绝缘性:
      – 相互分开或可以分开的具有不同极性的带电部件之间;
– 带电部件和外部元件(包括定位螺钉)之间;
– 带电部件与相应的控制端子之间。
(6) 介电强度
这部分引用了IEC 61347-1中第12条的规定,即要求:
  • 灯的控制应具有足够的介电强度;
  • 在绝缘电阻的测量完成后,立即对灯的控制装置进行介电强度试验。试验电压施加在“(5) 防潮性和绝缘”所规定的各部件之间,并持续1分钟。试验期间不应产生飞弧或击穿现象。
(7) 构造
木材、棉花、丝绸、纸和类似的纤维性材料不能用作绝缘材料。
(8) 爬电距离和电气间隙
爬电距离和电气间隙主要引用IEC 60598-1中第11条的规定,具体参数要求可参见表2.3和表2.4。

表2.3交流50 Hz/60 Hz正弦电压下的最小爬电距离和电气间隙

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表2.4 正弦或非正弦脉冲电压下的最小距离

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(9) 螺钉、载流部件和连接件
这部分引用了IEC 61347-1中第17条的规定,即要求螺钉、载流部件及机械连接件应能承受住在正常使用时出现的机械应力。
(10) 耐热、防火及耐漏电起痕
这部分引用了IEC 61347-1中第18条的规定,即要求:

  • 将带电部件固定到位的绝缘材料部件或具备防电击保护功能的绝缘材料部件,应充分耐热;
  • 具备防电击保护功能的外部绝缘材料部件,以及将带电部件固定到位的绝缘材料部件应充分耐火、不易燃;
  • 具备防电击保护功能的绝缘材料外部部件应能承受IEC 60695-2-10所规定的灼热丝试验;
  • 用于将带电部件固定到位的绝缘材料部件应能承受住IEC 60695-11-5规定的针焰试验;
  • 安装在灯具中使用的灯的控制装置(而不是普通独立式灯控制装置)以及有绝缘体的易遭受峰值高于1500 V的启动电压的灯的控制装置应能耐漏电起痕。

(11) 耐腐蚀
这部分引用了IEC 61347-1中第19条的规定,即要求对于生锈后会危及灯的控制装置安全的铁质部件,应采取充分的防锈措施。外表面涂漆被视为具有充分的保护作用。

 LED模块连接器的安全要求

IEC 60838-2-2《杂 类灯座-第2-2部分:LED模块连接器的特殊要求》是IEC于2006年颁布的一个有关LED模块间连接器的安全规范,它对LED模块连接器的分类、标 记、防触电保护、接线端子、接地装置、结构、防潮、绝缘电阻和介电强度、机械强度、螺钉、载流部件和连接件、爬电距离和电气间隙、耐久性、耐热与防火、抗 剩余应力和抗腐蚀性、抗震动性能等方面进行了详细规定。IEC 60838-2-2中大量引用了IEC 60838-1《杂类灯座-第1部分:通用要求和测试》中的相关规定,所以应该将这两个标准结合进行考量。以下对部分要求进行详细介绍:
(1) 标准的额定值
IEC 60838-2-2规定了所适用的LED模块连接器的最大额定电压为50 V,最小额定电流为10 mA,最大额定电流为3 A,额定工作温度范围为:-30℃~+65℃。
(2) 防触电保护
这部分引用了IEC 60838-1《杂类灯座-第1部分:通用要求和测试》中第7条的规定,即要求:

  • 嵌入式灯座的结构应能使灯座按正常使用安装或嵌装及接线时,其带电部件不应被人触及;
  • 双端灯灯座按正常使用安装接线后,其结构应能使灯座的带电部件不被触及。

(3) 接地装置
这部分引用了IEC 60838-1中第9条的规定,即要求:

  • 除带连接引线的灯座外,带接地装置的灯座应至少有一个接地端子;
  • 在灯座上,发生绝缘故障时可能带电的、可触及金属部件应能可靠接地;
  • 接地端子应牢固锁定,防止意外松动;
  • 接线端子所用金属在与接地铜线接触时不应有发生锈蚀的危险;
  • 导线固定架的金属部件应与接地电路无关。

(4) 结构
除了满足IEC 60838-1中第10条的通用要求外,还规定连接导线的最小横截面积为0.22 mm2,如使用带状电缆,则其最小横截面积为0.09 mm2
(5) 耐久性
当温度快速变化或在高湿度环境下,LED模块用连接器应能与模块保持良好的电气接触。耐久试验后,所测得的灯座触点与连接件之间的电阻应不超过以下值:

0.045 Ω+(A×n)                         (13)

在公式13中,如果n=2,则A=0.01 Ω;如果n>2,则A=0.015 Ω。其中n是指连接器和PCB间单独的触点的数目。
(6) 抗剩余力和抗腐蚀性
这部分引用了IEC 60838-1中第17条的规定,即要求:

  • 由轧制铜板材或铜合金制成的触点及其它部件,在发生故障时会使灯座不安全,这些部件不应由于剩余应力而被损坏;
  • 铁质部件生锈后会破坏灯座的安全性,应对这些部件采取充分的防锈措施。

(7) 抗振动性能
LED模块用连接器在正常使用中受到振动时应能和模块保持良好的电气接触。

LED控制装置的安全要求

IEC 61347-2-13《灯 的控制装置-第2-13部分:LED模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求》是IEC于2006年5月发布的有关LED模块控制装置的安全规范。该规范 中的LED模块用电子控制装置,即指在电源和一个或多个LED模块间插入的、用来为LED模块提供额定电压或额定电流的单元,该单元可能包含一个或多个单 独的部件,并且可能带有用于调光、调整功率因数和抑制无线电干扰的功能。该标准大量引用了IEC 61347-1中的相应条款,因此需要将IEC 61347-2-13IEC 61347-1综合起来进行考量。
(1) 强制性标记

  • 来源标记(商标,制造商或者供应商名称);
  • 型号或制造商的类型符号;
  • 如果是独立控制装置,则标识
  • 可替代和可互换部件如包括保险丝,其相互关系应采用图例的方式明确无误地标识在灯的控制装置上,如果不包括可替代或互换的保险丝,则可标明在制造商的产品目录中;
  • 额定电源电压(或若干介电压值)电压范围,电源频率和电源电流,电源电流可在制造商的产品说明书中标出;
  • 接地符号,用来识别接地的接线端子,这些符号不应标在螺钉或其它易于移动的部件上;
  • 表明接线端子的位置和用途的线路;
  • tc值,如果该值涉及到灯的控制装置上的某一个部位,则制造商的产品目录对该部位应加以指名或有所规定;
  • 恒压类型:额定输出电压;
  • 恒流类型:额定输出电流和最大输出电压;
  • 如果可能的话,应指出控制装置仅仅适用于LED模块操作。
(2) 防止意外接触带电部分
除了常规的对防止意外接触带电部分的规定,该标准还针对LED模块用控制装置的特定进行了如下规定:
  • 对于等效安全超低电压控制装置,可触及部件应通过双层或加强绝缘与带电部件绝缘;
  • 如果有下列情况,安全超低电压或者等效安全超低电压控制装置的输出电路可以有外露接线端子:
      – 带载情况下恒压源的额定输出电压或恒流源的最大输出电压有效值不超过25 V;
– 空载情况下输出电压有效值不超过33 V,其峰值不超过33√2V。
  • 额定输出电压在25V以上控制装置需要有绝缘接线端子。
(3) 变压器发热
该标准分正常工作条件和非正常工作条件对变压器的温升限值进行了规定。其中,在正常操作条件下,应满足IEC 60065《音频、视频及类似电子设备-安全要求》的表3“设备零部件的允许温升”中第2列值的要求;在故障条件或异常条件下,应满足该表中第3列值的要求。如果所用的不是IEC 60085《电气绝缘—热评估和等级指定》中所列举的材料,最高温度不应超过被证明为令人满意的温度。对于嵌入式变压器应特别准备带有热电偶的样品以供试验。
(4) 异常条件
该标准还对控制装置的异常条件进行了规定,要求在异常条件下的操作应不影响控制装置的安全性。同时,分恒压输出的控制装置和恒流输出的控制装置两种情况对异常条件的测试进行了明确规定,并且要求在测试中或测试结束后,控制装置应无明显的影响安全性的缺陷。
(5) 故障条件
控制装置在设计上应能保证其在故障状态下工作时,不会喷出火苗或融化的材料,并不会产生可燃气体。防止意外接触带电部件的保护措施不应被损坏。
在故障状态下工作是指对样品一次施加下列规定的每一种故障状态,以及由此而必然产生的其他故障状态,并且,每次只允许一个部件置于一种故障状态:
  • 将爬电距离和电气间隙短路;
  • 将半导体装置短路或断开,每次只应将一个元件短路或断开;
  • 将由漆层、瓷漆或纺织物构成的绝缘层短路;
  • 将电容电压短路。
    此外,该标准还特别规定了对于贴有标识的控制装置应满足的特殊要求。
(6) 构造
  • 除非材料经过树脂浸渍,木材、棉织物、丝绸、纸和类似纤维材料不应用作绝缘材料;
  • 印刷线路允许为内部连接式;
  • 输出电路的插口不应使用适用于IEC 60083《在IEC成员国中使用的家用和类似用途标准化插头和插座引出线》和IEC 60906《普通照明设备用的自镇流灯.性能要求》的插头;
  • 输出电路插口使用的插头也不应使用适用于IEC 60083和IEC 60906的插口。
(7) 爬电距离和电气间隙
除了在故障条件下,IEC 61347-1中的相关限值适用于LED模块用控制装置。对于交流50 Hz/60 Hz正弦电压下的最小距离,参见表2.5;对于非正弦脉冲电压下的最小距离,参见表2.4。
表2.5 交流50 Hz/60 Hz正弦电压下的最小爬电距离和电气间隙
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(8) 其他
除了上述规定,该标准还对LED模块用控制装置的接线端子、接地保护、防潮和绝缘、介电强度、螺钉/载流部件和连接件、耐热/防火及耐漏电起痕、耐腐蚀性等进行了规定。除了接线端子是引用了IEC 60598-1中的相关规定外,其它均引自IEC 61347-1,因此对于这部分内容,可以参见本专题的“LED模块的安全要求”栏目中的相关部分。当然,IEC 61347-2-13也在某些方面额外规定了一些特殊要求:
① 对于防潮和绝缘:规定对于等效安全超低电压控制装置,输入输出端子应没有粘合在一起;对于双重或加强绝缘,阻抗应不小于4 MΩ。
② 对于介电强度,要求等效安全超低电压控制装置中隔离变压器的绕线绝缘条件满足IEC 60065中的相应要求。

多个国家都将该标准转化为本标准,除欧盟外,我国也将该标准转换为对应国标。此外,2010年3月1日,沙特阿拉伯标准、计量和质量组织(SASO)发布第G/TBT/N/ SAU/181号通报,对交流或直流供电的LED模块用电子控制装置的特殊要求进行规定。该要求基本采用了IEC 61347-2-13。

LED照明设备的光辐射安全要求

辐射危害已被世界卫生组织列为继“空气、水、噪声”外的人类所面临的第四大环境安全问题。光辐 射是辐射的重要组成部分,它的紫外线辐射和蓝光辐射对人体的危害尤其显著。近几年来,随着LED技术的发展,LED芯片的辐射亮度大幅度提高,光束越来越 窄,再加上LED紫外和蓝光波段芯片的广泛应用,使得LED光辐射危害成为一个不容忽视的问题。LED光辐射危害主要体现在眼睛的近紫外辐射损伤、视网膜 蓝光的光化学损伤和辐射的热损伤等方面。
鉴于以上原因,国际标准化组织很早就开始考虑对LED光辐射的安全要求进行规范。最早,LED产品的光辐射安全要求被纳入到IEC 60825-1标准中,按照激光产品的要求进行评价,但是LED毕竟和激光不一样,所以最后又被纳入非激光类产品标准IEC 62471中进行考核(见表2.6)。目前,在许多地区,例如欧洲和日本,还可以参照IEC 60825-1来进行LED光辐射安全要求的考核,但在不久的将来,将会全部采用IEC 62471替代IEC 60825-1。因此,在下文中,我们将主要对IEC 62471的要求进行介绍。

表2.6 LED辐射安全标准发展历程

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IEC 62471为 灯以及包括灯具在内的灯系统的光生物安全性提出了评估指南,其中的光源就包含了LED,但不包括激光。2009年,IEC正在着手对该标准进行修订,计划 在近两年发布IEC 62471-1,将所有的电器产品纳入IEC 62471-1的范围。此外,IEC还于8月6日发布了IEC 62471-2:2009《灯及灯系统的光生物安全性-第2部分:非激光光学辐射安全性的制造要求指南》,明确了灯及灯系统制造商应采用IEC 62471的指南。
IEC 62471主 要对曝辐限值、灯和灯系统的测量条件以及灯的分类进行规定。在曝辐限值方面,该标准分别对皮肤和眼睛的光化学紫外危害曝辐限值、眼睛的近紫外危害曝辐限 值、视网膜蓝光危害曝辐限值、视网膜蓝光危害曝辐限值(小光源)、视网膜热危害曝辐限值、视网膜热危害曝辐限值(对微弱视觉刺激)、眼睛的红外辐射危害曝 辐限值及皮肤热危害曝辐限值进行了详尽的规定。
IEC 62471还根据光辐射危害的程度将连续辐射灯分为无危险类、1类危险(低危险)、2类危险(中度危险)及3类危险(高危险)四大类。其中,无危险类灯必须同时符合以下条件:

  • 在8 h(30000 s)曝辐中不造成光化学紫外危害(Es);
  • 在1000 s(约16 min)内部造成近紫外危害(EUVA);
  • 在10000 s(约2.8 h)内不造成对视网膜蓝光危害(LB);
  • 在10 s内不造成对视网膜热危害(LR);
  • 在1000 s内不造成对眼睛的红外辐射危害(EIR)。

此外,发射红外辐射但没有强视觉刺激(即小于10 cd/m2),并且1000 s内不造成近红外视网膜危害的灯也属于无危险类。
1类危险灯需同时符合下列要求:

  • 在10000 s不造成光化学紫外危害;
  • 在300 s内不造成近紫外危害;
  • 在100 s内不造成视网膜蓝光危害;
  • 在10 s内不造成对视网膜热危害;
  • 在100 s内不造成对眼睛的红外辐射危害。

此外,发射红外辐射但没有强视觉刺激,并且100 s内不造成近红外视网膜危害的灯也属于1类危险。

2类危险灯需同时符合下列要求:

  • 在1000 s内不产生光化学紫外危害;
  • 在100 s内不造成近紫外危害;
  • 在0.25 s内不造成视网膜蓝光危害;
  • 在0.25 s内不造成对视网膜热危害;
  • 在10 s内不造成对眼睛的红外辐射危害。

此外,发射红外辐射但没有强视觉刺激,并且10 s内不造成近红外视网膜危害的灯也属于2类危险。3类危险灯的分类基础是灯在更短瞬间造成危害,它的限制量超过了2类危险。除了连续辐射灯,该标准还对脉冲灯的分类等级进行了规定。

自镇流灯的安全要求

在普通照明用自镇流LED灯的安全标准IEC 62560正式出台前,IEC 60968《通用照明用自镇流灯-安全要求》被用来对自镇流LED灯的安全要求进行考核。目前的IEC 60968是 1999年9月公布的1.2版,它主要适用于额定功率不超过60 W、额定电压为100 V~250 V的爱迪生螺口灯头或卡口灯头的自镇流灯。它主要对自镇流灯的标志、互换性、防触电保护、绝缘电阻和介电强度、机械强度、灯头温升、耐热性、防火与防燃、 故障状态等进行规定。
(1) 标志
灯上必须标有来源标志、额定电压或电压范围、额定功率、额定频率。此外,制造商还应在灯,或包装,或使用说明书上提供诸如灯的电流、灯的燃点位置、灯在使用时应遵循的特定条件和限制等补充信息。
(2) 互换性
为了保证互换性,自镇流灯必须采用符合IEC 60061-1《灯头、灯座及检验其互换性和安全性的量规.第1部分:灯头》规定的灯头。对装有B22d灯头或E27灯头的自镇流灯,要求灯的质量不应超过1 kg,且灯与灯座之间的弯矩应不大于2 N·m。
(3) 防触电保护
自镇流灯的结构设计应保证,在不装有任何灯具形状的辅助灯具情况下,当灯旋入灯座后,不能触及灯头内的金属件或灯头上的带电金属部件。除了灯头上的载流金属部件外,灯头外部的金属部件都不应带电或容易带电。
(4) 潮湿处理后的绝缘电阻和介电强度
自镇流灯的载流金属部件与灯的易触及部件之间,要有充分的绝缘电阻和介电强度。灯头的载流金属件与灯的易触及部件(测试时在灯的易触及的绝缘件上包一层金 属箔)之间的绝缘电阻不小于4 MΩ。在进行介电强度测试时,不允许出现闪络或击穿现象。要求ES灯头的螺口灯头的壳体与灯的易触及部件之间的介电强度达到下列要求:

  • HV型(220 V~250 V):4000 V(有效值);
  • BV型(100 V~120 V):2U+1000 V(U为额定电压)。

(5) 灯头温升
在进行温升测试时,其温升在灯的启动期间、稳定期和稳定以后的时间内均不应超过表2.7中的规定值:

表2.7 灯头温升的规定值

灯头类型 温升值
B22d 125 K
B15d 120 K
E27 120 K
E14 120 K
E26 正在研究中

此外,IEC 60968还规定:自镇流灯必须具有一定的机械强度;提供防触电保护的绝缘材料的外部部件以及固定带电部件的绝缘材料部件均应具有充分的耐热性和防火、防燃性;自镇流灯在故障状态下工作不应降低其安全性能。

LED灯具的安全要求

如果制造商所生产的为LED灯具,则需要遵循IEC 60598系列标准中规定的安全要求。IEC 60598系列安全标准由通用要求和特殊要求两个部分组成。第1部分“通用要求”规定了灯具的一般安全要求,第2部分“特殊要求”则规定了特定类型产品的 安全要求。“特殊要求”对“通用要求”中的相应条款进行了补充或修改,对于特定类型的灯具,其完整的安全要求由灯具的“通用要求”与其对应的“特殊要求” 共同构成(见表2.8)。例如,对于儿童用可移式灯具,就是将IEC 60598-1IEC 60598-2-10结合起来进行考量。

表2.8 特定类型LED灯具的特殊安全标准及与IEC 60598-1各章节的对应关系

灯具类型 标准号 IEC 60598-1各章节的对应关系
普通固定式灯具 IEC 60598-2-1:1979 参见IEC 60598-1中的相关规定。
凹槽式灯具 IEC 60598-2-2:1997 特殊规定了标记、结构、外部接线和内部接线、防触电保护、耐久性试验和热试验等要求,其他要求参见IEC 60598-1
道路和街道照明灯具 IEC 60598-2-3:2002 特殊规定了标记、结构、接地要求、接线端子、外部和内部接线、耐久性试验和热试验、防尘和防水试验等要求,其他要求参见IEC 60598-1
可移式灯具 IEC 60598-2-4:1997 特殊规定了结构、外部接线和内部接线、防触电保护、耐久性试验和热试验等要求,其他要求参见IEC 60598-1
投光灯具 IEC 60598-2-5:1998 特殊规定了标记、结构、耐久性试验和热试验等要求,其他要求参见IEC 60598-1
带内装式钨丝灯变压器或转换器的灯具 IEC 60598-2-6:1994 特殊规定了标记、结构、接地规定、耐久性试验和热试验、防尘和防水等要求,其他要求参见IEC 60598-1
花园用便携式灯具 IEC 60598-2-7:1982 特殊规定了分类、结构、外部和内部接线、耐久性试验和热试验、防尘和防水等要求,其他要求参见IEC 60598-1
手提灯 IEC 60598-2-8:2007 特殊规定了分类、标记、结构、接线端子、外部和内部接线、防触电保护、耐久性试验和热试验、防尘和防水、耐热耐火和耐起痕等要求,其他要求参见IEC 60598-1
摄影和电影灯具(非专业用) IEC 60598-2-9:1987 特殊规定了分类、标记、结构、外部接线和内部接线、耐久性试验和热试验、防触电保护、防尘和防水等要求,其他要求参见IEC 60598-1
儿童用可移式灯具 IEC 60598-2-10:2003 特殊规定了分类、标记、结构、接地规定、耐久性试验和热试验、防尘和防潮、耐热耐火和耐起痕等要求,其他要求参见IEC 60598-1
水族箱用灯具 IEC 60598-2-11:2005 特殊规定了标记、结构、爬电距离和电气间隙、外部和内部接线、耐久性试验和热试验、防尘防固体异物和防水等要求,其他要求参见IEC 60598-1
电源插座安装的夜灯 IEC 60598-2-12:2006 特殊规定了分类、结构、外部和内部接线、防触电保护、爬电距离和电气间隙、耐久性试验和热试验、螺纹接线端子等要求,其他要求参见IEC 60598-1
地面嵌入式灯具 IEC 60598-2-13:2006 特殊规定了标记、结构、外部和内部接线、耐久性试验和热试验、防尘防固体异物和防水等要求,其他要求参见IEC 60598-1
舞台照明、电视和电影摄影场(室内外)用灯具 IEC 60598-2-17:1984 特殊规定了标记、结构、接线端子、外部和内部接线、耐久性试验和热试验、防尘防固体异物和防水等要求,其他要求参见IEC 60598-1
游泳池和类似场所用灯具 IEC 60598-2-18:1993 特殊规定了分类、标记、结构、接线端子、外部和内部接线、耐久性试验和热试验、防尘和防水等要求,其他要求参见IEC 60598-1
通风式灯具 IEC 60598-2-19:1981 特殊规定了分类、标记、结构、外部和内部接线、耐久性试验和热试验、防尘防固体异物和防水等要求,其他要求参见IEC 60598-1
灯串 IEC 60598-2-20:2002 特殊规定了分类、标记、结构、爬电距离和电气间隙、外部和内部接线、防触电保护、耐久性试验和热试验、防尘和防水、耐热耐火和耐起痕等要求,其他要求参见IEC 60598-1
应急照明灯具 IEC 60598-2-22:2008 特殊规定了分类、标记、结构、外部和内部接线、耐久性试验和热试验、防尘防固体异物和防水、耐热耐火和耐起痕、安全功能、转换操作、高温操作、自容式应急灯具的蓄电池充电以及应急工作试验装置等方面的要求,其他要求参见IEC 60598-1
钨丝灯用超低压照明系统 IEC 60598-2-23:2001 特殊规定了标记、结构、接地规定、接线端子和电气连接件、外部和内部接线、防触电保护、耐久性试验和热试验等要求,其他要求参见IEC 60598-1
表面温度受限灯具 IEC 60598-2-24:1997 特殊规定了分类、标记、结构、耐久性试验和热试验、防尘防固体异物和防水等要求,其他要求参见IEC 60598-1
医院和医疗保健中心临床用灯具 IEC 60598-2-25:1994 特殊规定了分类、标记、结构、外部和内部接线、防触电保护、耐久性试验和热试验、防尘防固体异物和防水、耐热耐火和耐起痕等要求,其他要求参见IEC 60598-1

 

IEC 60598-1是 灯具的通用安全标准,现行版本为2008年4月公布的7.0版。该标准对包括接地保护、防触电保护、防尘防固体异物和防水、绝缘电阻和介电强度、爬电距离 和电气间隙、耐久性试验和热试验、耐热耐火和耐起痕、接线端子等在内的灯具通用安全要求进行了详尽规定,是IEC 60598系列标准的基础。因此,下文将主要对IEC 60598-1进行介绍。
(1) 接地保护

  • 在I类灯具完成安装或者为其更换光源或可替换的启动器或清洁而打开时,绝缘失效可能变为带电的灯具金属部件应永久地、可靠地与接地端子连接,其接地连接件应是低电阻的;
  • 带有连接器或类似的连接装置的可分离部件的I类灯具,在载流触点接通之前,接地连接件应先接通,在接地连接件断开之前,载流触点应先断开;
  • 当I类灯具配有附着的软线时,该软线应有一根黄绿双色的接地芯线;
  • 提供接地连续性的活动街头、伸缩管等的表面应确保有良好的电接触;
  • 接地端子应符合相关要求,其连接应充分锁定以防松动;
  • 对于配有电源连接插座的灯具,接地触点应为插座的一个完整的部分;
  • 对于与电源电缆或不可拆卸的软缆或软线连接的灯具,接地端子应邻近电源接线端子;
  • 尽量减小接线端子的所有部件与接地导体接触或与任意其他金属接触以防产生电解腐蚀的危险;
  • 接地端子的螺钉或其他部件都应采用紫铜或其他不锈金属或带有不锈表面的材料制成,其接触面应为裸露金属面;
  •  固定连接的具有功能用途(如环路安装)的接地连接的II类灯具,其功能接地线路应采用双重绝缘或加强绝缘与可触及金属部件隔开。

(2) 防触电保护
灯具产品应具备足够的防触电保护措施和要求,确保灯具在安装、清洁、维护、更换光源或启动器而必须打开灯具时,避免造成触电和人身伤害。
(3) 防尘、防固体异物和防水
灯具外壳应提供相应的防尘、防固体异物和防水的IP防护等级,其IP等级用IEC 60529《外壳防护等级》中规定的相关试验来进行检验。试验完成后,灯具应能承受相关的介电强度试验,并目视检验符合下列要求:

  • 防尘灯具内无滑石粉沉积,尘密灯具外壳内部无滑石粉沉积;
  • 在载流部件上或安全超低电压部件上或可能对使用者或周围环境造成危害的绝缘体上应无水的痕迹;
  • 没有排水孔的灯具,应没有水进入;有排水孔的灯具,如果水可以有效地排出,而且不会使爬电距离和电气间隙降至规定数值以下时,试验时水的进入包括凝露是允许的;
  • 水密或压力水密灯具内,任何部件内均无水进入的痕迹;
  • 第1位IP特征数字为2的灯具,相关的试具不能触及带电部件;第1位IP特征数字为3和4的灯具,相关的试具不能进入灯具外壳;
  • 在适用的灯泡标准章节“灯具设计信息”中规定的、要求防溅水的灯具内,其任何部件内均无水的痕迹;
  • 无损坏,例如,防护罩或玻璃膜的开裂或破损可能会削弱产品的安全和防水性能。

(4) 绝缘电阻和介电强度
绝缘电阻和介电强度是考核灯具绝缘性能的重要安全指标,灯具外壳及其使用的所有绝缘材料必须有良好的绝缘性能,保证带电部件与易被触及的部件之间及不同极性的带电部件之间有足够的绝缘电阻和介电强度。IEC 60598-1对I类、II类和III类灯具的最小绝缘电阻和介电强度均进行了详细规定,同时还规定了灯具在正常工作时,其接触电流、保护导体电流和电流烧伤的限值(见表2.9)。

表2.9 接触电流、保护导体电流和电流烧伤的限值

接触电流 最大限值(峰值)
16 A及以下的、安装有一个连接到非接地插座上的插头的I类和II类灯具 0.7 mA
保护导体电流 供应电流 最大限值(有效值)
32 A及以下的、安装有一个或多个插头的I类灯具 ≤4 A 2 mA
>4 A且≤10 A 0.5 mA/A
>10 A 5 mA
永久连接的I类灯具 ≤7 A 0.35 mA
>7 A且≤20 A 0.5 mA/A
>20 A 10 mA
电流烧伤 正在研究中

(5) 其他
IEC 60598-1对接线端子以及爬电距离和电气间隙的规定可以参见本专题的“LED模块的安全要求”栏目中的相应内容。此外,IEC 60598-1还要求:

  • 对于耐久性试验,在模拟工作中周期性的发热和冷却条件下,灯具不能变得不安全(包括开裂、烧焦和变形)或过早损坏;
  • 对于热试验,灯具处于工作温度时,灯具上徒手可触及的、操作的、调节的或夹持的部件,都不得过热,同时,灯具不应使被灯具照射的物体以及安装灯具的导轨过分受热;
  • 固定载流部件的绝缘材料部件应经受针焰试验;提供防触电保护的外部绝缘材料部件以及固定载流部件或安全特低电压部件就位的绝缘材料部件应经受650℃的镍铬灼热丝试验;固定载流部件或安全特低电压部件就位或者与这些部件接触的非普通灯具的绝缘部件,应采用耐起痕的材料。

除了以上部分,IEC 60598-1还对灯具的分类、标记、结构、外部和内部接线等进行规定,具体要求可以参看该标准,这里不再赘述。

性能要求

  1. 普通照明用自镇流LED灯性能要求
    IEC/PAS 62612:2009是IEC于2009年6月10日发布的有关普通照明用自镇流LED灯的性能规范,它是IEC 62560(即普通照明用自镇流灯安全要求)的补充。PAS全称为可公开提供的规范,它是“为满足市场急需而出版的标准文件”,是制定正式国际标准之前出版的中间性标准文件。IEC/PAS 62612适用于额定瓦数不超过60 W、额定电压不超过250 V交流或直流,并且灯头符合IEC 62560的普通照明用自镇流LED灯。该标准不适用于有意发出彩色光的自镇流LED灯,也不适用于OLED。
    IEC/PAS 62612主要对自镇流LED灯的标记、尺寸、功率、光通量、相关色温及显色指数、寿命、测试方法等进行规定:
    (1) 标记位置
    灯的额定光通量、颜色编码、寿命及光通维持率需要在产品及产品包装、产品数据表或宣传单页上标出;灯的报废率、光通维持类别、额定相关色温、额定显色指数只需在产品数据表或宣传单页上标出。
    (2) 尺寸
    灯的尺寸应符合制造商所标称的值。灯的外形不应超出其所要取代的灯(参见IEC 60630《白炽灯的最大灯泡外形图》)。
    (3) 功率
    LED灯的功率不能超过额定值的15%。
    (4) 光通量
    初始光通量不能低于额定光通量的90%。
    (5) 相关色温和显色性
    LED灯的额定相关色温为2700 K、3000 K、3500 K、4000 K、5000 K或6500 K中的一种。初始显色指数和运转时间为额定灯寿命的25%(最长持续时间为6000小时)的显色指数均要进行测量。实际的显色指数测量值(既有初始值又有 最长持续时间为6000小时的25%额定寿命值)不应比额定CRI值减少超过5个点。
    (6) 寿命
    LED灯的寿命是由其光通维持性能和内置镇流器的寿命综合决定的。
    对于光通维持率:在额定灯使用寿命的25%(最长持续时间为6000小时)时所测的光通值,应不少于与制造商或责任分销商规定的额定使用寿命(L50或L70)相关的最大光通维持。所测量的光通维持应与制造商或责任分销商规定和提供的“光通维持种类”相对应:种类A至E适用于L50种类A至C适用于L70)。其中,“光通维持种类”在该规范中进行了明确定义。
    对于内置镇流器的寿命:由于自镇流灯是个除非永久损坏,否则无法分拆的整体单元,所以其内置镇流器应被作为完整的自镇流灯的一个部分进行测试。自镇流 LED灯应经受温度循环冲击测试和电压开关测试。在相当于25%额定使用寿命(最长持续时间为6000小时)的测试周期内,LED灯应一直在测试电压 及+45°C的环境温度下工作。这一时间结束时,在将温度降至室温时,灯还能点燃至少15分钟。2. LED模块用控制装置性能要求
    IEC 62384《LED模块用直流或交流电子控制装置-性能要求》是IEC于2006年8月份发布的有关LED模块控制装置性能要求的标准。这里的控制装置,是指设计为提供恒流或恒压的装置。有关具有改变输出功率功能的控制装置的标准正在制定中。IEC 62384主要对控制装置的分类、标记、输出电压和电流、线路总功率、电路功率因数、电源电流、声频阻抗、异常条件下的工作试验、耐久性等进行规定,其主要内容如下:
    (1) 标记
  • 强制性标记

控制装置应明确标识:电路功率因子,若功率因子未达0.95,应附加一字母“C”,例如λ=0.9 C。如果适用,还应在控制装置上或制造商提供的目录或类似之处,提供下列信息:允许温度范围的限值、标明控制装置具有稳定的输出电压/输出电流、标明控制 装置适合与市电调节器一同操作、标明操作模式(例如相位控制)。

  • 选择性标记

可在控制装置上或制造商提供的目录或类似之处,提供总电路功率、表明控制装置设计为符合音频阻抗条件的符号 (如果适用)以及表明控制装置为短路保护型的符号(如果适用,具体符号还在考虑中)。
(2) 输出电流和电压

  • 在最低额定功率的测试条件下,当激活或连接LED模块后,2 s内输出值应在额定值的110%以内,最大电流或最大电压不应超过制造商所提供的值;
  • 在 进行操作时,对于不具有稳定输出电压/电流的控制装置,以额定电压供电时,输出电压/电流与LED模块的额定电压/电流之间的差异,应在10%以内;对于 具有稳定输出电压/电流的控制装置,当以额定电压的92%-106%之间的任何电压供电时,输出电压/电流与LED模块的额定电压/电流之间的差异,应在 10%以内;

对于电容性负载所产生的脉冲电流,不应影响控制装置的过电流检测和控制装置的启动过程。
(3) 总电路功率
在额定电压下,当控制装置和LED模块一起使用时,总电路功率不超过制造商声明值的110%。
(4) 电路功率因数
在控制装置在额定功率条件下搭配LED模块操作,且该组合以额定电压及额定频率供电时,所测得的电路功率因数应不小于标称值的0.05。
(5) 供电电流
当控制装置搭配LED模块工作在其额定功率、额定电压时,供电电流与控制装置上标识的值或制造商文档中的声明值之间的差异不超过10%。
(6) 音频阻抗
该标准规定了标有音频阻抗符号的控制装置的测试方法。并要求对400 Hz至2000 Hz之间任意信号频率,在额定电压及额定频率下搭配额定LED模块负载操作时,控制装置的阻抗应为电感性。阻抗值至少应与LED模块-控制装置组合在额定 电压和额定频率工作时,与其消耗功率相同的电阻阻值相等。在250 Hz至400 Hz范围内时,阻抗值应至少与在400 Hz到2000 Hz之间所需最低值的一半相等。
此外,IEC 62384还对异常条件下的操作试验以及耐久性测试进行了详尽规定。

EMC要求

电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。电磁兼容性包括 两个方面:电磁干扰(EMI)要求和电磁抗扰度(EMS)要求。LED灯具的电磁兼容标准主要有由CISPR制定的CISPR 15:2009 (Ed 7.2)和由TC 34制定的IEC 61547:2009 (Ed 2.0)。
1. CISPR 15:2009 (Ed 7.2)
CISPR 15覆盖的设备频率范围为9 kHZ~400 GHz,适用产品范围为:

  • 用于照明的具有产生和(或)分配光的基本功能,并打算连接到低压电源上或用电池工作的所有照明设备;
  • 主要功能之一是照明的多功能设备中的照明部分;
  • 专用于照明设备的独立的辅助设备;
  • 紫外线和红外线辐射设备;
  • 霓虹广告标志灯;
  • 打算在室外使用的道路/投光灯具;
  • 安装在汽车、火车上的)运输照明灯具。

不适用本标准的照明设备:

  • 工作在工业、科学和医疗频段的照明设备;
  • 航空器和飞机场用的照明设备;
  • 射频范围内的电磁兼容要求在其它IEC或CISPR标准内有明确规定的器具。

该标准主要规定了频率范围在9 kHz~30 MHz的电源端子、负载端子、控制端子的骚扰电压限值(分别见表2.10、表2.11、表2.12)。

表2.10电源端子骚扰电压限值

频率范围 限值/dB (μV) a
准峰值 平均值
9 kHz~50 kHz 110
50 kHz~150 kHz 90~80 b
150 kHz~0.5 MHz 66~56 b 56~46 b
0.5 MHz~5 MHz 56 c 46 c
5 MHz~50 MHz 60 50
a:在转换频率处,应用较低限值。

b:在50 kHz~150 kHz和150 kHz~0.5 MHz范围内,限值随着频率的对数增加而线性递减。

c:对无极灯及其灯具,在频率范围为2.51 MHz~3 MHz之间的准峰值限值为73 dB(μV)和平均值限值63 dB(μV)。

注:日本暂没有提供9 kHz到150 kHz的频率范围的限值。

表2.11负载端子骚扰电压限值

频率范围/MHz 限值/dB (μV) a
准峰值 平均值
0.15~0.50 80 70
0.50~30 74 64
a:在转换频率处,应用较低限值。

表2.12 控制端子骚扰电压限值

频率范围/MHz 限值/dB (μV) a
准峰值 平均值
0.15~0.50 84~74 74~64
0.50~30 74 64
注1:在0.15 MHz~0.5 MHz范围内,限值随着频率的对数线性递减。

注2:电压骚扰限值来自于连接到控制端子的共模(不对称模式)阻抗为150 Ω的阻抗稳定网络(ISN)。

本标准还规定了9 kHz~30 MHz频率范围内,照明设备周围用直径为2 m、3 m或4 m的环形天线测得的辐射骚扰场强的磁场分量的电流准峰值限值(表2.13)以及30 MHz~300 MHz频率范围内的辐射骚扰场强的电场分量的准峰值限值(表2.14)。

表2. 13  9 kHz~30 MHz频率范围内的辐射电磁骚扰限值

频率范围 不同直径环形天线的限值/dB (μA) a
2 m 3 m 4 m
9 kHz~70 kHz 88 81 75
70 kHz ~150 kHz 88~58 b 81~51 b 75~45 b
150 kHz ~3.0 MHz 58b~22 b 51~15 b 45~9 b
3.0 MHz ~30 MHz 22 15~16 c 9~12 c
a:在转换频率处,采用较低的限值。

b:限值随频率对数线性递减。对于无极灯及其灯具,在2.2 MHz~3.0 MHz频率范围,当环形天线直径是2 m时限值为58 dB(μA),直径是3 m时限值为51 dB(μA),直径是4 m时限值为45 dB(μA)。

c:频率呈对数线性递增。

注:在日本,9 kHz到150 kHz的频率范围的限值不适用。

表2.14 10 m的距离内频率范围从30 MHz到300 MHz的辐射电磁骚扰的限值

频率范围/MHz 准峰值/dB (μV/m)*
30~230 30
230~300 37
*:在转换频率处,应用较低的限值。

2.IEC 61547:2009(Ed 2.0)
IEC 61547:2009 (Ed 2.0)规定了照明设备的抗扰度要求,主要适用于TC 34负责范围内的照明设备,如低压电源或电池组供电的灯泡、辅助设备及灯具,不适用于在其它IEC或CISPR标准中对抗扰度要求已作出规定了的设备,如CISPR 15中规定的照明设备。
该标准主要规定了对静电放电、辐射敏感度、工频磁场、快速脉冲群抗扰度、传导敏感度、浪涌、电压暂降及短时中断、电压波动八个方面的试验要求,具体要求见表2.15和表2.16。

表2.15 照明设备的抗扰度测试项目及基本要求

测试项目 基本要求 采用标准 备注
静电放电(ESD) 空气放电:±8 kV;

接触放电:±4 kV

IEC 61000-4-2
射频电磁场 频率范围:80~1000 MHz;

测试场强:3 V/m(未调制);

调制:1 kHz,80% AM,正弦

IEC 61000-4-3
工频磁场 频率:50/60 Hz;

磁场强度:3 A/m

IEC 61000-4-8
快速瞬变 信号和控制端口 试验电压:±0.5 kV(峰值);

上升时间/持续时间:5/50 ns;

重复频率:5 KHz

IEC 61000-4-4 根据制造商的规定,只适用于与之连接的电线总长超过3 m的端口。在试验中不执行状态指令变化的操作。
直流电源输入和输出端口 不适用于使用时不与电源连接的设备。
交流电源输入和输出端口 试验电压:±1 kV(峰值);

上升时间/持续时间:5/50 ns;

重复频率:5 KHz

注入电流(射频普通模式) 直流电源输入和输出端口 频率范围:0.15~80 MHz;

试验电压:3 V r.m.s(未调制);

调制:1 kHz,80% AM,正弦

阻抗:150 Ω

IEC 61000-4-6 只适用于使用时与电源连接的设备。
信号和控制端 根据制造商的规定,只适用于与之连接的电线总长超过3 m的端口。
交流电源输入和输出端口
电压暂降 测试电压水平:70%;周期数:10 IEC 61000-4-11
电压短时中断 测试电压水平:0%; 周期数:0.5
电压波动 电压波动的测试根据产品标准进行。

表2.16 浪涌――交流电源输入端口的试验要求

特性 试验等级
设备
自镇流灯及半灯具 灯具及独立式附件
输入功率
≤25 W >25 W
波形数据 1.2/50 μs 1.2/50 μs 1.2/50 μs
试验电压 线-线 ±0.5 kV ±0.5 kV ±1.0 kV
线-地 ±1.0 kV ±1.0 kV ±2.0 kV
注:除了测试以上规定的试验等级,还应该测试IEC 61000-4-5中规定的所有更低的试验等级。

以上所述的试验要求适用于灯具或与之等同的器具或独立式附件或自镇流灯,不适用于自镇流之外的灯,也适用于装在灯具、自镇流灯或半灯具中的部件。如果单独 的测试能验证内置式部件,例如镇流器或转换器,符合独立式附件要求,则可认为该灯具符合本标准的要求,不需进行测试。此外,除应急照明灯具外,任何由电源 或电池组供电、且不含任何有源电子元件的照明设备,也可认为其抗扰度符合本标准要求而无需进行试验。

小结

以上对CIE和IEC制定的与LED照明器具相关的标准或技术报告进行了介绍与分析。鉴于这两个组织在全世界的影响力,许多国家都会陆续将这些标准转化自 己的国内标准,因此,企业应该对这些国际标准采取足够的重视,并遵循这些标准进行产品的生产制造。除此之外,国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)也 在LED标准领域作了一些工作。ICNIRP是1992年成立的独立的国际机构,是被世界卫生组织、国际劳工组织、欧盟正式认可的非电离辐射防护的非政府 组织。ICNIRP根据对生物物理数据的评估提供推荐曝光限值,并且出版了非相干光源和激光束的光安全方面的指导方针。对于目前所关心的LED各个方面的 问题,ICNIRP声明建议对于LED的安全评估和对应测试应该遵循非相干光源的指导方针。尽管该声明并不具有法律效应,但是它为开始建立专门的科学适用 的LED光安全性问题方面的标准提供了一个很好的起点。

 

欧盟市场准入要求

美国市场准入要求

美国是全球LED产业最为发达的地区之一,也是我国最大的出口市场。美国在LED标准规范制定方面,一直居于世界领先地位,除了目前已经形成了较为完善的 安全、电磁兼容规范外,美国电气制造商协会、北美照明协会还针对LED光源的特点,制定了有关电气、光度和色度方面的要求及测试方法。此外,美国的“能源 之星”计划也在迅速推进有关半导体照明产品的能效标准,以提高其发光效率和相关性能。本章将对这些要求进行详细地介绍与分析,以期能为意图开拓美国市场的 企业提供参考。

安全要求

美国市场对于半导体照明产品的安全要求主要体现在LED模块、控制模块、电源、灯具及相关配件上。其中,UL Subject 8750为LED模块、控制模块、电源提出了详细的安全要求,此外,电源安全还可参照UL 1310UL1012UL 60950-1中的相应规定。而UL 1598UL 1993UL 1574等系列UL有关传统照明设备的标准为半导体照明的终端产品提出了安全规范。如果要顺利进入美国市场,企业需要将以上要求综合进行考量。

LED光源安全要求——UL 8750

由于LED光源与传统电光源有着很大的不同,且现行的UL照明安规标准对于LED光源并无明确的规范,因此早在2005年,UL即着手草拟LED光源产品 的安全规范——UL 8750《照明产品中使用的LED光源的调研框架》,以补充传统照明产品安规标准在LED照明适用上的不足,并于2009年11月正式发布第一版,作为所 有以LED为光源的灯具类产品安全检测的主要依据。对于出口北美地区的LED企业而言,UL 8750将成为其需要遵循的主要安全规范。
UL 8750内容共分9章,其中第1至3章为适用范围、通用要求、定义等;第5至7章为环境考量、机械结构、电气结构;第8章为性能测试;第9章为产品标识。本节将对其中的主要内容进行介绍。

  1. 适用范围
    UL 8750标准涵盖了工作在可见光400nm-700nm范围内,作为灯具或其它照明器具中的LED设备。本标准也涵盖了LED设备的零部件,包括本标准中定义的LED驱动、控制器、阵列、模块和封装。
    UL 8750所适用的照明器具一般在依照美国国家电工法规(ANSI/NFPA 70)所列的非危险的环境下使用,并适用于600V及其以下的电源分支。此外,该规范也适用于与诸如电池、燃料电池等类似的隔离式电源连接的LED光源。
    UL 8750所适用的照明器具包括如下几类:
  1. 环境考量
    这一部分主要对产品使用在不同环境下,如干燥(Dry)、潮湿(Damp)、泡水(Wet) 等场所的有关带电体的间距、塑料外壳、测试、警示标语等方面的安全要求。
    (1) 干燥环境下使用:
    如果相关产品仅仅在干燥环境下使用,则需标识“仅适用于干燥场所”;产品的纸箱或设备上不能以标识、指示或图例等任何信息形式暗示或描述该产品可在潮湿或泡水的环境下使用。

(2) 预定能在潮湿环境中使用的产品应满足:

  •  能承受标准中所述的环境试验,除非带电部件和印刷电路板的带电部件和线路被覆膜和涂层覆盖。
  • 被标记为适合潮湿地点,不能以标识、指示或图例等任何信息形式暗示或描述该产品可在泡水的环境下使用。

(3) 预定能在泡水环境中使用的产品应满足:

  •   能承受标准中所述的环境试验,除非带电部件和印刷电路板的带电部件和线路被覆膜和涂层覆盖。
  •   如果提供了聚合物外壳,需符合UL 746C中关于UV光照和低温测试的要求。
  •   标识“适于泡水环境中使用”。
  1. 机械结构
    该部分对金属外壳的安全要求、外壳的聚合物材料、阻绝层、导体保护、抗拉、灌封胶等方面进行了严格要求。
    (1) 金属外壳
    在外壳厚度方面,应满足UL 1310《2类电源》的表8.1“外壳材料最低厚度”中的要求(见表3.1)。

表3.1 金属外壳最低厚度要求(引自UL 1310

金属 在小的、平的、无钢筋表面以及其形状或尺寸能提供足够机械强度的表面上(mm) 在布线系统被接地的表面上(mm) 在相对大的无钢筋表面上(mm)
铸模 1.2 2.0
可锻铸铁 1.6 2.4
其他浇铸金属 2.4 3.2
无涂层钢片 0.66 0.81 0.66
镀锌钢片 0.74 0.86 0.74
除铜外的非铁金属片 0.91 1.14 0.91

除 去预加工铁板、封闭钢管、悬轴位置上的边缘、穿孔、焊点外,所有金属零件,包括铰链、螺钉和紧固件,装配完成后应以油漆、涂料或电镀方式防止腐蚀。铜、 铝、铜铝合金、不锈钢和类似对大气腐蚀性有抵抗力的材料无需做额外的腐蚀保护。当外壳内部完全充满灌封胶,平整金属表面紧紧地夹在一起,或部件之间没有实 际粘接的金属外壳无需采用保护性的涂层。

(2)具有电气绝缘功能的聚合物外壳
外壳的聚合物材料的电气和机械强度的相对热指数(relative thermal index, RTI)或者UL 746C中规定的高分子材料的通用热指数,不得低于标准中8.3温度测试时所测得的温度。外壳中的聚合物材料应满足标准中所列的材料特性要求。

(3) 外壳开孔
提供电气间距的绝缘层或内衬应符合UL 746C第7节中的要求,且厚度不能低于0.71 mm。此外,规范还规定了几种材料厚度可以低于0.71 mm,但不可以低于0.305 mm或0.25 mm的情形。

(4) 导体保护
通过金属边缘或金属开口的导体必须锁定,以避免接触该金属边缘,或避免导体被切断和磨损。对于厚度小于1.1 mm 的金属片,可以采用以下方式进行保护:

  • 卷起金属边缘,角度不可低于120度;
  • 橡胶以外材金的垫材厚度至少为1.2 mm;
  • 玻璃套管厚度至少为0.25 mm。

(5) 拉拔测试
对于工作在2级电路或LVLE限值以上的可触及导体,防推拉装置指的是应能满足8.8防拉拔测试中的要求,防止电线移位而造成下列问题,造成电源线的机械性损害。

  • 将电源线曝露在高于额定温度的环境下;
  • 降低绝缘间距(如金属的抗拉夹)到低于最小绝缘间距要求;
  • 损害到内部的电路连结或零组件。

(6) 灌胶(Potting compound)
灌胶材料不得渗漏、滴出或在测试情况下从某产品中释放,在测试时不得超过9.3温度试验中的相对热指数(RTI)。在常规温度测试下的热塑灌胶的最大操作温度应至少比该灌胶材料软化点温度低15℃。

  1. 电气结构
    预定用在1.3中某个标准灯具的LED单元应满足标准灯具的电气结构要求。如果终端应用未被明确或者其特定的构造不符合以上标准,则应按本标准的电气结构要求。
    该部分主要规定了危险带电体的避免接触、内部配线、电源与负载端的连结、电路的隔离、绝缘材料、印刷电路板的规格、电气间距、电路零部件、保护装置、线圈绝缘等内容。

(1) 通用要求

  • 带电流的部件必须是银、铜、铜合金、电镀铁、电镀钢、不锈钢或是其他适用的抗蚀合金;
  • 必须固定未绝缘的带电体,避免弯折或是移动并造成绝缘间距低于最小可接受值;
  • 除了锁定的垫圈以外,不可以表面间的摩擦力作为减少带电体滑动或弯折的方式。

(2) 危险带电体的接触性
危险带电体应该被固定,用UL探针进行测试时,不可接触。用于防止接触带电部件的绝缘层厚度应不小于0.71mm。

(3) 内部配线
内部配线必须包含具有足够机械强度、耐电压与电流的绝缘导体。每个分叉与连接点都必须以机械方式固定,并提供可靠的电气连接,除非在分叉点与其他金属部品 之间能保持有足够的永久绝缘间距,否则必须具有至少与该导线等效的绝缘材料。导体及印刷线路板之间的焊接点应该在焊接之前就进行机械固定。其各内部配线必 须遵守标准中规定的规格。

(4) 电源与负载的连接
电源与负载之间的连接需要满足内部配线的要求。预定用于单位外部接线或建筑布线的有限功率线路应符合UL 13有限功率电路电缆标准中的CL2或CL3等级。
永久性线路连接须采用套管连接方式,套管的无螺纹开口和开口附近的区、套管上的螺纹开口应符合表7.1、7.2的要求。出线盒、接线盒、布线盒或其他类似 在现场连接的设备,都不应有锋利的边缘,包括螺纹、毛刺、翅片、可移动的部件等,以及其它可能导致绝缘磨损或以其他方式损害连线的装置。
现场接线引线不得小于18AWG(0.82mm2),现场接线引线的自由长度应至少为15.2cm。用于接地的导线(普通或中性)的引线绝缘全部都应用白 色或灰色标示,用于连接不接地(发热)导体的引线绝缘应以不同于白色、灰色、绿色、黄绿条纹的颜色标示,用于连接至接地导体的引线(非绝缘)应以绿色、黄 绿条纹的颜色标示。
用于与交流电源的接地导体相连的终端应以绿色或银色充分标示出来或者以“NERTRAL”、“N”,“W”、“White”字标记。其它类型的终端不应以 大幅银色或白色标示。用于与接地导体连接的终端应有一个绿色头,或者与终端临近的区域以接地符号标示。保护引线的脱离会导致电击风险或使得所需的间距减 少。接线板所用的紧固螺钉或螺栓应以铜、其他有色金属或不锈钢制成,厚度不超过0.76mm,并应提供不小于两个全程螺纹长度。
连接电源导线的压入式端子只能允许分支电路导体的接触,不可以还有其它的连接,除非压入式端子具有负载分支电路全电流负载的能力。压入式端子在进行温升实验时,温升不得超过30℃。
不打算连接至分支电路电源的单元,其电源线应至少为18AWG,1.5m长。制定供单元使用的电源线,用于干燥环境下只能使用SP-2、SPE-2、 SPT-2或更好的线材。制定供单元使用的电源线,用于潮湿环境下只能使用供室外使用的线材,其外表面标识有“W”或“防水”。
另外标准还对分支电路以外的引线、端子和连接器,绝缘穿刺式连接进行了规定。

(5) 电路的分隔
不同线路的绝缘导线,包括在接线盒或隔间电线,可能会互相连接,必须具有符合整个电路中最高电压状况的绝缘能力,或者相距至少6.44mm以免接触的风 险。将绝缘导体分开的方式可以是夹住、透过管线、加上阻绝或者其他等效的方式,能够将不同线路间有绝缘或无绝缘的带电体永久分开。在产品的外壳配线中有 class 2或LVLE电路的现场配线时,应在2类、LVLE和非2类电路中提供至少6.44mm的电气隔离距离。

(6) 绝缘材料
如绝缘垫圈、衬套以及支撑带电体的部件,必须是防潮材料,并且在实际使用中不会受到操作温度和压力的破坏。绝缘材料必须依照UL 746C来评估下列项目:

  • 机械强度;
  • 点火源的抗力;
  • 介电强度;
  • 绝缘电阻;
  • 在老化前后的耐热性;
  • 被包覆的程度;
  • 产品在非干燥环境下使用时的耐水性;
  • 其他任何会导致火灾与电击的因素。
    例外:云母、陶瓷或一些模塑化合物通常可以作为带电体的唯一支撑材料。

(7) 印刷电路板
黏在载板上的铜箔,最小导线宽度与最大无穿孔面积均必须符合UL 796要求。完全透过封装材料或是绝缘涂布材料包覆起来的电路板就不需要符合UL 796的要求。印刷电路板载板的耐燃等级不可以低于UL 94中的V-1。没有涂层的印刷电路板,铜箔导体间最小绝缘间距必须符合表3.1所列要求。绝缘涂布层的聚合物质必须符合UL 746C的要求,以确保其安全性。
粘附在印刷电路板边缘的零件、无绝缘且极性相反导体之间、无绝缘带电体与接地的无带电导体之间,其空间裕度均必须将印刷电路板与零件本身的可动情况纳入考虑。当应用表3.1所述的限值时,应考虑在印刷电路板上,当部件移动时,在该方向上的最小距离。

表3.2 印刷电路板和板上安装组件的距离

位置 部件间(空间距离/沿面距离)的最高电压,峰值
0-50 51-150 151-300 301-450 451-600
尺寸,单位mm
被完全包覆或者有涂层的部件 -/0.18a -/0.3a -/0.7 -/0.8 -/0.8
干燥和潮湿情况下:可靠定位的带电部件和CTI=600(PLC=0)的绝缘体,例如:二极管或三极管的引线与其载板之间c 0.2/0.6 0.5/0.8 1.5/1.5 2.25/2.25 3.0/3.0
干燥和潮湿环境:可靠定位的带电部件和CTI<600(PLC=3或4)的绝缘体,例如:印刷电路板中的锡箔之间、二极管或三极管的引线与其载板之间d 0.2/1.2 0.5/1.6 1.5/3.0 2.25/4.5 3.0/6.1
泡水环境:可靠定位的带电部件和CTI>600(PLC=0)的绝缘体,例如:二极管或三极管的引线与其载板之间e 0.2/1.5 0.5/2.0 1.5/3.7 2.25/5.6 3.0/7.5
泡水环境:可靠定位的带电部件和CTI<600(PLC=3或4)的绝缘体,例如:印刷电路板中的锡箔之间、二极管或三极管的引线与其载板之间f 0.1/2.9 0.5/2.7 1.5/4.7 2.25/7.1 3.0/9.5
焊接固定好的但是其部件在生产中可移动,优先焊接某些固定组件或外壳可转向印刷电路板上的部件g 3.0/- 3.9/- 4.7/- 5.6/-
在传统磁性装置(线圈大小由于装配位置不同而有差异)中的带电部件和不带电导电部件 3.2/6.4 3.2/6.4 6.4/9.5 6.4/9.5 9.5/9.5
不同的现场接线端子、固定带电部件和不带电导电部件之间 未定义 6.4/6.4 6.4/9.5 9.5/9.5 9.5/9.5
a) 或从表面涂层的观察确定,取较大值

b)当涉及的绝缘材料不易碳化时,如瓷制或尿醛瓷制,所需的最小距离为9.5mm。

c)对于电压小于等于160V,其表面尺寸通过以下公式计算:D=0.002V+0.5

大于160V,D=0.005V,D、V分别为距离和电压。

d) 对于电压小于等于160V,其表面尺寸通过以下公式计算:D=0.004V+1.0

大于160V,D=0.01V,D、V分别为距离和电压。

e)对于电压小于等于160V,其表面尺寸通过以下公式计算:D=0.005V+1.26

大于160V,D=0.0126V,D、V分别为距离和电压。

f)对于电压小于等于160V,其表面尺寸通过以下公式计算:D=0.057V+1.61

大于160V,D=0.016V,D、V分别为距离和电压。

g)对于电压在150V和1050V之间,其表面尺寸通过以下公式计算:D=0.0059V+2.09

 

(8) 电气间距
非绝缘带电部件的相反两级之间,以及非绝缘带电部件和可能带电的不带电导体之间的电气间隙和爬电距离应符合表3.3的要求:

表3.3 分支电路电源中现场接线端子的间距

电压范围

(V)

带电部件和不带电金属部件之间最小空间距离或沿面距离(mm) 带电部件的两极之间的最小距离(mm)
空间距离 沿面距离
0~125 6.4 3.2 6.4
126~300 6.4 6.4 9.5
301~600 6.5 9.5 9.5

非分支电路的现场接线端子的间距也需满足标准中的要求。

(9) 电路零部件
不受温度影响的固定电阻、正温度系数或负温度系数的电阻、半导体或是其他类似用于限制电源单元输出、展现特定功能的的元件,必须能持续稳定,随着时间的推移和使用,其限制的能力不能减弱。评估限制能力的因素有温度的积累效应、瞬变电流、吸湿性和其他环境条件。

(10) 保护装置
符合本标准要求的保护装置应首先符合组件的标准要求。保护装置可包含共熔材料、保险丝、过温或过电路保护装置、热保护装置或其他可以中断或限制电路的类似 装置。除非可以同时中断接地与非接地的导体,否则设计在一次线路端的保护装置不可以连接到中性线(接地线)。依靠结构或性能要求的过电流保护装置,应无法 被具有较高额定电流的装置替换。

(11)线圈绝缘
线圈应为线圈和任何不带电金属部件之间、相邻的绕组之间提供绝缘。线圈绝缘应有固有的防潮处理或有防潮处理。变压器的未绝缘的极性相反的初级线圈之间、初级线圈和次级线圈之间、初级线圈和线圈芯之间的绝缘应满足标准所列的要求。

  1. 性能测试

预定用于1.3中中列用途的单元按照相应灯具的性能标准进行测试。如果其用途未指明,或者是其安全要求不包括在相应的标准中,产品应符合本标准的相关性能 要求。所有的电气测量,应在不通风、环境温度为25±5℃的环境中进行,当被测单元连接至电源时,电源必须调整到标称频率时额定电压5%的误差范围内。温 度测试、绝缘耐压测试、异常状况测试、泄漏电流测试、电源线防突拉测试等需要满足标准中所列的要求。

  1. 标识
    (1) 通用要求
    标识应清晰易读,文字最小尺寸1.6mm,标识的方法有以下几种:
  • 有文字的自黏卷标;
  • 利用油漆图板标示文字;
  • 利用油墨印章机械印刷文字;
  • 利用油墨印章手工印刷文字;
  • 以磨去的方式印刷文字;
  • 以模铸方式形成文字。
    自粘标签和利用粘结剂固定的永久性的铭牌,应符合UL 969 标签标识标准的要求,应符合粘贴表面的材料、产品操作环境和温度要求。

(2) 所要求的标识内容
所有标识上应有以下内容:

  • 厂商名称;
  • 型号;
  • 工厂的标识符;
  • 制造日期。

集成LED控制器或LED阵列、控制器与LED阵列隔离的电源应提供以下标示:

  • 环境位置:干燥、潮湿或泡水;
  • 输入电压;
  • 输入电流和功率因数,或输入功率;
  • 额定输出电压或电流(功率)。

LED控制装置应提供以下标识内容:

  • 环境位置:干燥、潮湿或泡水;
  • 输入限制(如只允许Class 2 输入);
  • 输入电压;
  • 输入电流或输入功率;
  • 额定电压或电流(功率)。
    对LED控制器与LED负载之间的连接应为LED控制器提供必要的接线和信息。这些信息可能会在一张单独的说明书上。

(3)结构标识

采用压入式端子的单元应在安装说明中提供以下信息:

  • 将接线由连接端子移开;
  • 适用的电线尺寸规格;
  • 端子适用于实芯电缆和绞线的端子或只适用于实芯电缆;
  • 导线脱离绝缘的长度;
  • 与内部电路的端子连接关系。

总之,UL 8750是LED产品进入北美地区的一个重要的安全评定标准。UL强调UL8750是一个与其它标准并列的标准(并不隶属于哪一个具体的灯具标准),在评 定产品时,除了用该标准评估LED的安全性外,整个灯具产品仍然以现有的灯具标准为评定依据。因此,企业需要将UL 8750与其他UL的灯具标准综合进行考量。

终端产品及相关配件安全要求

上节对UL Subject 8750进行了详细介绍,UL Subject 8750主要对LED产品的模块、电源及控制模块进行了规定,对于终端LED照明产品,最终还需结合UL有关终端照明设备的标准进行安全考核。这些标准主要包括:

此外,关于灯头还可以参照UL 496《灯头》进行考量。以下主要对UL 1598UL 153UL 1993以及UL 496的要求进行介绍。

  1. UL 1598 (Ed.3)
    UL 1598《灯 具》是关于灯具的安全标准,现行的是2008年9月17日发布的第三版。该标准适用于在非危险场所使用的安装在标称电压等于或小于600 V的分支电路中的固定式灯具。它不适用的产品有:水族馆用灯、橱柜灯、装饰性灯串、指示灯、低压景观灯、危险场所用灯具、娱乐车辆用灯具、航海用灯具、船 舶类固定装置、便携式电子显示器、便携式手提灯、便携式照明设备、便携式加热灯、自镇流灯、舞台灯、潜水灯、游泳池灯具、轨道灯、应急照明设备等等。该标 准主要对固定式灯具的机械结构、电气结构进行了要求,对产品标志作了规定。
    (1) 机械结构
    机械结构部分主要对灯具的装配和包装、外壳、隔板、外壳的金属厚度、防锈蚀保护、聚合材料、栅格、导管敲孔和扭落孔、机械性接合和紧固、安装装配方法、可 活动的连接点、凹槽管道系统、导线保护、应力消除、玻璃、玻璃支承、热绝缘、连续成排安装、通道等方面进行了规定。
  • 组装和包装

除非包装需要,所有的接合和电气连接应在工厂完成。只有能用普通工具或应该在现场安装的灯具才允许现场装配,且并必须提供安装说明。

  • 外壳

外壳应能减少与带电部件接触的风险,能保护内部零部件免受机械及外部环境的损害。此外,金属外壳还有相应的厚度要求等。

  • 防锈蚀

安装之后所有暴露于空气中的含铁金属部件,必须通过油漆、涂履层或电镀来提供防锈蚀保护。玻璃质的釉瓷可以作为保护层用于厚度最小为0.6mm的含铁金属板上。

  • 聚合材料

规定了聚合材料的阻燃等级、额定温度、灼热丝引燃等级或大电流起弧等级,并要求聚合材料除了符合规定的5英寸火焰试验、冲击试验、灼热丝试验、成品灼热丝 试验、大电流起弧试验、成品大电流起弧(耐电弧)试验和燃烧试验之外,还要在适用的情况下承受模制应力试验、压力试验、UV辐射试验、聚合体支承试验、聚 合材料部件涂履粘附性试验等。

  • 机械结合和紧固

进行联结的方法应该有足够的力度和硬度,可以在安装完成后防止旋转,从而避免导体或配线设备的移动。部件之间的摩擦不能单独作为防止旋转的方法,应采用适 当匹配的锁紧垫圈、固定的防松螺栓螺母或类似的装配螺钉,或通过类似的其他方法防止旋转。此外,对于这部分还有相应的负载试验、自攻螺钉扭矩试验、部件拉 力试验等方面的规定。

  • 可活动的连接点

内含导线的可活动的连接点在活动时应不会导致导线绝缘的损坏,其旋转角度应被限制在370度以内,或符合可活动的连接点旋转试验。

  • 导线保护

经过金属的边缘或穿过开口的导线,必须进行保护防止同锐边接触或避免被切断或磨损,金属板的厚度少于1.1 mm的必须以下列方式保护:卷边角度不应小于120度;非橡胶的套管或护环至少1.2 mm厚;玻璃管厚度至少为0.25 mm。

  • 应力消除

软缆的应力消除装置应符合施加1分钟156 N(35 lb)拉力的应力消除试验;导线的应力消除应符合施加1分钟89 N(20 lb)拉力的应力消除试验。

  • 玻璃

玻璃的棱角应经过消除锐边的处理,最小厚度及外露面积应满足一定限值的规定,不符合该规定的钢化玻璃必须通过钢化玻璃冲击试验。用于固定玻璃的夹子,应与 玻璃交叠至少5 mm。玻璃支架的钢厚度至少0.4 mm,其他金属厚度0.5 mm,聚合材料厚度至少1.5 mm。

  • 热绝缘

热绝缘材料应是耐燃的,如玻璃纤维、无机材料或聚合材料。聚合热绝缘材料应:具备最小燃烧等级为HB或符合水平燃烧试验;额定温度等于或大于灯具的最大工作温度。
(2)电气结构
电气结构部分主要规定了配线装置、灯座、开关、插座、保险丝和保险丝座、镇流器和变压器、电容器、导线和电缆、识别标志与极性、电气间隙、电绝缘、带电部件的易触及性、接地与连接、用于支路导线的配线箱和接线盒以及电路的隔断等方面内容。

  • 灯座

支撑灯的灯座必须使用绞线。对接线端子以及灯座的锁定螺钉提供绝缘功能的外壳或玻璃纤维绝缘套管,应至少0.8 mm厚,如果灯座的接线端子去除外壳或套管后可触及,则需要附加额外的绝缘保护层。由支电路直接供电的灯座螺口必须接到中性接地线上。

  • 开关

开关的最小电流值应等于总负载电流与开关的额定负载系数的乘积。开关必须能同时断开所有不接地的供电导线。单级开关不应连接到中性接地线上。载流部件应采用铜、铜合金、镍合金或不锈钢制成,但不锈钢材料不得用于快速连接端子、焊接端子、和弧焊部件。

  • 插座

灯具上的便用插座应为接地类型的,并标记最大负载参数。但地面嵌入式安装或吊顶灯具不应配有便用插座。灯具最多允许配有一个双插或两个单插便用插座。

  • 镇流器和变压器

使用了开路电路电压大于1000 V的变压器或镇流器的灯具,则必须标明不得用于住宅照明。灯具工作所必需的镇流器或变压器的功率应标明在灯具上,同时必须根据镇流器上或其附带的线路图或安装说明进行接线。采用外置镇流器或变压器的灯具,应标明功率值和灯泡类型。

  • 电气间距

非绝缘带电部件的最低空间间隙和爬电距离要求见表3.5。

表3.5 最低间距-非绝缘带电部件的空间间隙和爬电距离

有效值电压范围,V 峰值电压范围,V 最低空间间隙 最低爬电距离
mm (in) mm (in)
0 – 50 0 – 71 1.6 (0.063) 1.6 (0.063)
51 – 150 72 – 212 3.2 (0.125) 6.4 (0.250)
151 – 300 213 – 423 6.4 (0.250) 9.5 (0.375)
301 – 600 424 – 846 9.5 (0.375) 9.5 (0.375)
601 – 2000 847 – 2828 9.5 (0.375) 12.7 (0.500)

 

  • 带电部件的易触及性

电气接点在元器件凹处(至少0.8 mm)并被绝缘覆盖是被认为不可触及的。
可触及的部件有:灯泡或启动器座、与灯泡或启动器相连的带电部件是可以接触的;电压为均方根30 V或峰值42.4 V的隔离变压器次级电路中的非绝缘带电部件;绝缘层厚度相当于或大于SPT-2的软线,当其穿过链子吊灯的链条时,电源线的绝缘厚度应大于等于 SPT-1或导线绝缘厚度至少0.8 mm;符合规定的软线、设备线以及600 V的器具用线材料。

  • 接地和连接

易触及的非载流金属部件和金属化处理的聚合材料部件,应在用户维护或徒手更换元器件可能导致电击危险的情况下提供接地保护,并应符合连接阻抗试验。
(3) 标记要求
灯具应标记下列信息:制造商识别符;生产日期;工厂信息;其他要求标记的内容。
此外,灯具还应标注目录号、型号、序列号和其他类似的识别编码。带有镇流器和变压器的灯具应标注额定输入电压、频率和总电流或功率。除透镜、发散体装置和 装饰部件以外的灯具部件,装运时如果分装为多个包装的,每个包装应标注:制造商信息;部件编号、组号、描述性名称或其他识别信息。
该标准还对白炽灯具、荧光灯具、HID灯具、表面安装灯具、嵌灯、杂类灯具等提出了补充要求,并对灯具的正常温升测试、异常温升测试、机械测试、电气测试、工厂生产测试、测试程序及设备等进行了详尽规定。

  1. UL 153 (Ed.12)
    UL 153《便 携式电子灯具》是关于便携式电灯及其配件的安全标准,目前已更新到第12版。该标准适用于主要功能为进行工作照明或是环境照明的,配有软线与连接插头,用 来与标称120 V、15或20 A的分支电路进行连接的便携式灯具(便携式电灯)与配件。该标准不适用于圣诞树与装饰性的照明设备,不带灯罩的电子蜡烛与烛台,或带有季节性装饰和一个顶 部与底部均不开口的灯罩的便携式照明设备、直接插入式夜灯、太阳能和热能灯、水族池灯、医疗及牙科用灯、标志灯与商业广告显示屏、摄影用灯、杀菌灯、船用 或危险场所用便携式照明灯、主要功能并非用于工作或环境照明的便携式装饰用发光设备。该标准也主要对便携式电灯的机械结构通用要求、电气结构通用要求、相 关测试及标志要求进行了规定,同时详细地对各种应用型便携式灯(例如白炽灯、卤素灯、荧光灯等)的各种安全要求进行规定。
    (1) 机械结构
    该部分主要对灯具的封装与包装、外壳、外壳的金属厚度、防腐蚀、聚合体外壳、聚合装饰性部件、外壳开口、金属线导管与管道、灯罩的结构、应力消除、具有玩耍功能的便携式照明设备、防液体侵害和包含危险性物质的便携式照明设备等进行规定。
  • 外壳

对外壳金属的材料及厚度做了规定,但该规定不适用于装饰性部件、不作为外壳组成部分的反射器部件或不要求用为外壳、提供结构集成或作为布线设备的支承的任何部件。聚合材料外壳还应按照UL 746B及UL 746C的要求进行相关评估。

  • 应力消除

应为便携式灯具提供应力消除,使作用于电源线的外拉力不会直接传输至终端接头或内部单元布线,符合应力消除试验。

  • 具有玩耍性的便携式照明设备

供8岁或8岁以下儿童玩耍的以及可以从设备上取下进行玩耍的部件应符合ASTM F963《关于玩具安全的消费者安全规范》。测试项目应包括对冲击力、咬、屈曲、扭矩、张力、压力、尖锐的点、尖锐的边角以及其它小部件的评估。

  • 防液体侵害

若使用绝缘材料的便携式照明设备在工作条件下可能受到潮湿空气的不利影响,则应进行抗潮湿试验。

  • 含有危险物质的便携式照明设备

含有危险物质(例如在特定类型灯中用作装饰性液体的化学混合物)的便携式照明设备应在易燃性及所用材料是否有毒等方面接受评定。危险材料的容器、密封垫、封条及盖板不应受到该有害物质的影响。软质玻璃不应作为危险材料的容器。此类设备还应符合特定的标记要求。
(2) 电气结构

  • 带电部件的可触及性

在“外壳”部分规定的需要封装的部件或设备必须受到适当的防护,以便于人员在进行正常操作时与之发生意外接触。

  • 电气间隙

极性相反的非绝缘带电部件之间、以及非绝缘带电部件与可以接地的金属之间的间隔,其空间距离应不小于1/4 in.(6.4 mm),表面距离应不小于3/8 in.(9.5 mm)。就这方面的要求来说,开放缆芯或是线圈式镇流器的外缠绕层是未绝缘带电部件。

  • 额定功率

电气设备和绝缘导线的电压额定值至少要等于其正常使用时的电压。最大电流额定值不应超过:
对带有一个15 A、125 V的连接插头的设备,12 A;
对带有一个20 A、125 V的连接插头的设备,16 A;或
分支电路的80%额定用于装配一个用于除120 V,15-20 A外的标准供电系统的连接插头的设备。
每个电气设备和每个绝缘导线的额定电流应是其正常使用时电流的最大值。

  • 导线和电缆

导线或电缆的规格为18 AWG(0.82 mm2)或大于此规格。但小于18 AWG(0.82 mm2)的导线当经过调查符合预期应用的要求时可被用于内部布线。
规格小于18 AWG(0.82 mm2)且不小于24 AWG(0.21 mm2)的导线在特定条件下可永久装于电钟用电动机或变压器上。
规格小于18 AWG(0.82 mm2)但不小于24 AWG(0.21 mm2)的导线可适用于低压2级电源限制电路。

  • 电源线

应对电源线提供机械措施,以防止其在外壳或涂履层中被拉扯或接触到表面温度超过电源线额定温度的灯泡或加热表面、锋利的边角或可移动部件。
此外,该部分还对连接插头、接地与联结、电子电路、二次低压电路、灯座、开关与调光器、插座、变压器、发动机等内容进行了规定。在补充部分,该标准对便携 式灯具的各种应用类型,例如白炽灯、卤素灯、荧光灯、高强度气体放电灯、表面安装灯、橱柜灯、办公室家具灯、互换灯、轨道灯、工作灯以及相关配件的安全要 求均进行了规定。
(3) 标记要求
标记应使用油漆刻印的、压模压印永久文字的或永久性打印的标签,字母高度最小1/8 in. (3.2mm),其材料和墨水应当永不退色,并根据正常温度试验对表层类型的和表层的温度进行分级。标记内容有:

  • 标注制造商名称、商标或其他描述性标记,指明对产品负责的机构;
  • 若计划使用非120 V电源时,应注明额定电压;
  • 若装有仅使用交流电的部件(如仅用于交流电的镇流器、变压器或开关),应标明其所用的额定电压、电流和频率;
  • 便捷插座应在插座上或附近标明其额定电压和电流;
  • 若便携式灯具能安装在多个方位,必须指出其正确的安装方位;
  • 在正常温度测试过程中,墙壁或天花板设备外表面的温度超过90℃(194°F),不超过150℃(302°F)时,应注明“CAUTION:表层炽热,与窗帘和其他易燃物料保持距离”或类似的表述;
  • 属于便携式灯具一部分,用于承托物件的架子、支架及其他部件应按标明“警告—小心倾翻”或“最大负荷量_磅”或类似表述;
  • 具有玩耍功能的灯具应注明“警告——这是电灯——而非玩具!为防止火警、烧伤、人身损伤和触电,禁止进行玩耍或置于儿童可接触之处”或类似表述;
  • 含有危险物质的照明灯应标明“切勿让儿童触摸”。

此外,对于潮湿环境使用的灯具还须有相应的警告语。

  1. UL 1993 (Ed.2)
    UL 1993《自 镇流灯及灯的适配器》是关于自镇流灯及其适配器的标准,现行版本为UL于2006年12月8日发布的第2版。该标准涉及标称额定电压为120 V、使用爱迪生灯座、并且在白炽照明设备和便携式电灯中使用的自镇流荧光灯及其适配器。该标准主要对自镇流灯的结构要求、相关测试及标志要求进行了规定。
    (1) 结构要求
    结构要求包括对外壳、灯泡底座和灯座、载流部件、镇流器和电容器、间距、聚合材料、重量、大小和力矩以及需考虑的环境事项等方面的规定。
  • 外壳

聚合外壳应符合UL 746C中的规定,且易燃等级至少为V-1。金属外壳应考虑其最低厚度:压铸金属1.2 mm;未涂层钢片0.66 mm;不含铁的金属片0.81 mm。铁或钢制外壳应电镀、上漆或在外壳内外表面同时进行等效的工序以防止腐蚀。外壳不应具有超过2 mm宽的开孔,除非它不允许直径为2 mm、任意长度的棒子接触带电部件。

  • 载流部件

绝缘导线应带有标有额定使用电压、温度和条件的绝缘层。导线的绝缘层应防吸湿。铁或钢,无论是否电镀都不应用作载流部件。除非是集成在灯泡照明电源上的电线或用于电磁或静电领域外壳的铁或钢部件。
印刷电路板的额定阻燃等级至少为V-2。

  • 镇流器

被封装在设备内的镇流器应符合UL 935《荧光灯镇流器标准》的结构要求,其热保护等级为P级。

  • 电气间隙

相反极性的非绝缘带电部件之间和在非绝缘带电部件和可触及的不带电金属部件之间,其电气间隙和爬电距离应符合表3.6中的规定。

表3.6 最小间距

使用环境 电压,V 最小间距,mm(in.)
电气间隙 爬电距离
干燥环境 小于130(176)a 3.2(1/8) 6.4(1/4)
131-250(177-353)a 6.4(1/4) 9.5(3/8)
251-600(354-846)a 9.5(3/8) 9.5(3/8)
潮湿和泡水环境 小于1000(1410)a 9.5(3/8) 12.7(1/2)
a 括号内的数值为峰值电压。当估算电路电压时(除了由正弦波产生的),要估算记录有效值和峰值,且应用较大的间隙的要求。
  • 聚合材料

聚合材料应符合UL 746C中规定的CTI、HAI、HWAI和RIT要求;用于潮湿环境的装置的聚合材料,还需符合UL 746C中的紫外线暴露测试。用于电气部件外壳的聚合材料应具有相对热指数(RTI)。聚合材料外壳的阻燃等级至少为V-1。

  • 重量、尺寸和力矩

设备的重量、尺寸和力矩限制如表3.7 重量、尺寸和力矩限制中的规定:

表3.7 重量、尺寸和力矩限制

装置底座 最大重量,a, c

kg(pounds)

最大尺寸,

mm(inches)

最大力矩,a, b

N·m (inch-pounds)

E12(烛台) 0.50 (1.15) 100 (3.92) 0.60 (5.54)
E17(中间) 0.75 (1.63) 143 (5.56) 0.09 (7.85)
E26(中型) 1.15 (2.5) 216 (8-1/2) d, e 1.35c (12)
E39(大型) 1.70 (3.75) 324 (12.75) 2.05 (18)
a 重量和力矩测量时,灯适配器应带有灯泡。

b 力矩为装置自身的重量乘以装置的中心触电和装置中心之间的距离。

c 包括任何玻璃器具的重量和/或装置的外壳。

d 如说明书给出灯或灯的支承在安装前和装备最大尺寸不得超过317 mm(12.5inches)时,可不包括灯泡或灯泡支承。

e 如果装置带有集电环灯泡底座(可通过集电环降低过转矩至少1.13 N·m (10 in-lbf) 的可能性),则最大尺寸为317 mm。

(2) 标记要求
除特定情况外,产品上应清晰持久地标有下列标记:

  • 生产商名称、品牌或商标或其他相应的描述性标记以便识别产品;
  • 目录号或类似物;
  • 电气额定值,包括输出电压、频率、瓦特和电流;和
  • 生产日期。

对于标记文字,警语至少为2.75 mm高,正文至少为1.5 mm高,且颜色与背景色形成对比。在干燥场所、潮湿场所使用的装置都应有特定的警告标语。不用于调光电路的装置也需标有“不与调光器一起使用”字样。
此外,该标准还对自镇流灯的输入测试、灯泡启动和运行测试、漏电测试、温度测试、介质耐压测试、谐波失真测试、跌落测试、环形荧光灯的应力消除测试、调光电路测试、潮湿测试、水喷雾测试和冷冲击测试进行了规定。

  1. UL 496 (Ed.13)
    UL 496《灯 头》为灯头确立了安全规范,现行版本为2008年9月30日公布的第13版。该标准主要对灯头的结构要求、测试方法、标记要求等进行了详细规定。该标准适 用于包括白炽灯泡、荧光灯泡和其他放电灯泡在内的电灯泡的固定器和连接器。目前,对于LED照明设备的灯头,也可以参照该标准进行考核。
    结构要求部分主要对灯头的外壳、绝缘材料、密封剂、安装、带电部件的可触及性、防腐蚀保护、载流部件、电源连接、爬电距离和电气间隙、螺口设备、用于潮湿或泡水环境的螺口灯头、额定脉冲灯头和灯锁进行规定。
    绝缘材料方面,它要求用于支承或固定带电部件的绝缘材料应为陶瓷、玻璃、尿素化合物或其他等效绝缘材料;酚醛化合物可用于额定电压不超过1000V的灯 头;安装非绝缘带电部件的支承底座应为陶瓷、冷铸或酚化合物或其他特殊用途的绝缘材料;用作电气部件外壳或直接或间接支承带电部件的热塑性(聚合)绝缘材 料的燃烧等级应为V-2、 V-1、 V-0、 5VA 或 5VB,在户外应用时,其最小CTI为175。
    密封剂方面,它要求用于带电螺母、螺杆头或铆钉的密封剂的深度或厚度应不小于1.6 mm;在100 °C时,密封剂仍应是绝缘而且不会软化,并符合密封剂软化测试;硫磺不能用作密封剂。
    除了上述结构要求,它还对灯头的引线安全测试、端子测试、耐压测试、热效测试、机械强度测试、防风雨测试、温升测试等进行了具体规定。

电源安全要求

电源首要的要求是效率高,效率高的产品,发热较低并且稳定性高。通常LED照明产品的电源驱动模块分为线性电源和开关电源,而开关电源又分为隔离式 和非隔离式。隔离式电源相对于非隔离式电源,体积偏大,效率较低,在使用和安装上都会产生很多问题。表3.8比较了三种电源驱动模块的特点:

表3.8 三种电源驱动模块的特点

电源驱动模块的类型 特点
线性电源 输入电压范围窄、输出不稳定;初级电路与次级电路相隔离,次级电路属于SELV,安全可触及;体积大,重量重,成本低。
隔离式开关电源 输入电压范围宽、输出稳定;初级电路与次级电路相隔离,次级电路属于SELV,安全可触及;体积小,成本高,重量轻。
非隔离式开关电源 输入电压范围宽、输出稳定;初级电路与次级电路不隔离,次级电路不属于SELV,不可触及;体积小,成本高,重量轻。

现行的UL 8750提到,电源及LED驱动可以根据UL 1310《2类电源设备安全标准》、UL 1012《非2类电源设备安全标准》和UL 60950-1《信息技术设备的安全》中所适用的要求进行评估,并且结合UL 8750中所列出的补充规定以判定其符合性。因此,除了UL 8750外,UL 1310UL 1012UL 60950-1对LED电源的安全要求也具有一定的参考价值。以下主要对UL 1310UL 1012的部分内容进行简单介绍。

  1. UL 1310
    UL 1310主要对户内和户外使用的2类电源和电池充电器的安全要求进行规定,现行版本为UL在2005年5月3日发布的第5版,该版标准在2008年7月17日作了修订。该标准适用于:
  • 插头规格为15 A、使用在标称120~240 V交流分支电路、最大对地位能为150 V的便携式和半永久装配的直插式设备;
  • 插头规格为15或20 A、使用在标称120~240 V交流分支电路、最大对地位能为150 V的软线和插头连接设备;和
  • 永久连接于输入电源的设备。

该标准重点对2类电源的机械装配、外壳、抗锈蚀保护、开关、保护装置、元器件、线圈绝缘、输入连接、输出连接、带电零件的可触及、带电零件(第17章)、应力消除、内部布线、电路隔离、绝缘材料、印制电路板、接地措施、电气间隙等方面进行了详细规定。
其中在电气间隙方面,它要求不同极性带电零部件、带电与不带电金属零部件、带电零部件与金属外壳间应符合表3.9和3.10的最小间隙要求。该项测试失败 主要在于样品外壳开孔或内部相关零部件未加绝缘套管或加的绝缘套管的长度不够,整改方案为外壳不开孔,或相关零部件加上规范的绝缘套管。

表3.9 有开孔设备的间隙

涉及位能,

V有效值(峰值)

最小间隙 in. (mm)
通过空气 通过表面 到金属外壳的最小距离
£ 50 (70.7) 1/16 (1.6) 1/16 (1.6) 1/16 (1.6)
51~150 (70.8~212.1) 1/8 (3.2) 1/4 (6.4) 1/4 (6.4)
151~250 (212.2~353.5) 1/4 (6.4) 3/8 (9.5) 1/2 (12.7)
251~600 (353.6~848.5) 3/8 (9.5) 1/2 (12.7) 1/2 (12.7)

表3.10 无开孔设备的间隙

涉及位能,

V有效值(峰值)

最小间隙 in. (mm)
通过空气和表面 到金属外壳的最小距离
£ 50 (70.7) 1/16 (1.6) 1/16 (1.6)
51~150 (70.8~212.1) 1/16 (1.6) 1/4 (6.4)
151~250 (212.2~353.5) 3/16 (4.8) 1/4 (6.4)
251~600 (353.6~848.5) 1/4 (6.4) 1/2 (12.7)

除此外,该标准还详细规定了相关的测试项目,例如泄露电流测试、耐压测试、最大输出电压测试、最大输入测试、输出电流及功率测试、过流保护装置的校准测 试、正常温度测试、耐压测试、耐久性测试、次级开关的过载测试、工作测试、异常测试、绝缘材料测试、应力消除测试、后推力消除测试、输出连接器安全测试、 热塑外壳测试、制造和生产测试等。并对产品标记、使用说明书、永久连接设备也作了一定要求。

  1. UL 1012
    UL 1012主 要对非2类电源的安全要求进行了规定。该标准涵盖输入额定电压小于等于600 V、直流或交流电、至少一个输出不为2类、并且预期用于美国NEC(ANSI/NFPA 70)的普通位置的便携式、驻立式和固定电源设备。设备可分为两类:额定值小于等于10千伏安的设备;额定值大于10千伏安的设备。
    LED照明产品使用的电源设备可以参照UL 1012中有关间隙的要求(见表3.11和表3.12)。

表3.11 预期在一般环境下使用的电源设备的间隙要求

涉及位能,

V有效值(峰值)

最小间隙 in. (mm)
非绝缘带电零部件与相反极性的非绝缘带电零部件、除外壳之外的非绝缘接地零部件、或外露的金属零部件之间 非绝缘带电零部件与金属外壳墙(包括导管与铠装电缆装配件)之间
通过空气 通过表面 最小距离
0~50 (0~70.7) 1/16 (1.6) 1/16 (1.6) 1/16 (1.6)
50~150 (70.7~212.1) 1/8 (3.2) 1/4 (6.4) 1/4 (6.4)
150~300 (212.1~424.2) 1/4 (6.4) 3/8 (9.5) 1/2 (12.7)
300~600 (424.2~848.4) 3/8 (9.5) 1/2 (12.7) 1/2 (12.7)
600~3000 (848.4~4242.0) 3/4 (19.1) 3/4 (19.1) 3/4 (19.1)
3000~5000 (4243.4~7070.0) 1 (25.4) 1 (25.4) 1 (25.4)
5000~10000 (7070.0~14140.0) 1-1/2 (38.1)

1-1/8 (28.6)

1-1/2 (38.1)

1-1/8 (28.6)

1-1/2 (38.1)
10000~15000 (14140.0~21210.0) 1-1/2 (38.1) 1-1/2 (38.1) 1-1/2 (38.1)

表3.12 预期在控制环境下使用的电源设备的间隙要求

涉及位能,

V有效值(峰值)

最小间隙 in. (mm)
非绝缘带电零部件与相反极性的非绝缘带电零部件、除外壳之外的非绝缘接地零部件、或外露的金属零部件之间 非绝缘带电零部件与金属外壳墙(包括导管与铠装电缆装配件)之间
通过空气 通过表面 最小距离
0~50 (0~70.7) 3/64 (1.2) 3/64 (1.2) 1/16 (1.6)
50~150 (70.7~212.1) 1/16 (1.6) 1/16 (1.6) 1/4 (6.4)
150~300 (212.1~424.2) 3/32 (2.4) 3/32 (2.4) 1/2 (12.7)
300~600 (424.2~848.4) 3/8 (9.5) 1/2 (12.7) 1/2 (12.7)
600~3000 (848.4~4242.0) 3/4 (19.1) 3/4 (19.1) 3/4 (19.1)
3000~5000 (4243.4~7070.0) 1 (25.4) 1 (25.4) 1 (25.4)
5000~10000 (7070.0~14140.0) 1-1/2 (38.1)

1-1/8 (28.6)

1-1/2 (38.1)

1-1/8 (28.6)

1-1/2 (38.1)
10000~15000 (14140.0~21210.0) 1-1/2 (38.1) 1-1/2 (38.1) 1-1/2 (38.1)

此外,UL 1012还对电源的构造、性能、制造和生产测试、标志等具体内容进行了规定。

光电、色度性能规范及测试要求

美国不仅注重半导体照明产品的安全要求,而且也注重对其光电和色度性能进行规范。作为一种新型光源,半导体照明产品在其光电和色品特性上和其他光源 有着较大的差异,因此不能完全引用传统光源的标准对其进行考量。为了保证半导体照明产品的质量,促进半导体照明产业的发展,美国国家电气制造商协会 (National Electrical Manufacturers Association,简称NEMA)、美国国家标准照明集团(American National Standard Lighting Group,简称ANSLG)和北美照明工业协会(The Illuminating Engineering Society of North America,简称IESNA)都抓紧制定了相关标准。其中,NEMA和 ANSLG联合发布了有关固态照明产品的色度规范ANSI NEMA ANSLG C78.377-2008, 该标准已被认可为美国国家标准;IESNA发布了IES LM-79-08《固态照明产品电气和光度测量》和IES LM-80-08《LED光源光通维持率的测量》,这两份标准在半导体照明的电气和光度测量、光衰测量等方面起着标志性的作用。以下就重点对这三份标准进 行介绍。

  1. ANSI C78.377-2008
    ANSI C78.377-2008《固 态照明产品的色品规范》规定了日常固态照明产品(SSL)建议使用的色度范围。标准适用于基于LED的、集成了控制电路和散热槽、因此只需要交流或直流电 源便可运行的SSL产品。标准适用于整个照明产品,即包括光源和支撑装置,但是不适用于不带光源的单独销售的支撑装置。标准适用于室内日常照明用的产品, 不适用于室外和一些有意发出彩光的产品。对于非日常照明的应用情况,色度要求可适当放宽。
    本标准的内容包括两部分:第一部分包括色度相关的一些定义和要求;第二部分是资料性的附录,介绍了SSL产品色度规范的制定背景和技术要求来源。
    本标准所使用的色度坐标和色温是基于国际照明委员会的色度体系。标准的要求是参考了ANSI C78.376对于荧光灯的色度要求,但是对其进行适当修改以符合SSL产品的特点。
    对于适用于本标准的SSL产品,其额定CCT(相关色温)应属于表3.13所列出的之一,而实际测量的色温和色差也应符合相应的要求。对色度的测量是采用IESNA LM-79《固态照明产品电气和光度测量》,该测量标准的介绍可以参见3.2.2节。

表3.13 额定CCT的类别

额定CCT 1) 实际CCT和误差(K) 实际色差(Duv)和误差
2700 K 2725 ± 145 0.000 ± 0.006
3000 K 3045 ± 175 0.000 ± 0.006
3500 K 3465 ± 245 0.000 ± 0.006
4000 K 3985 ± 275 0.001 ± 0.006
4500 K 4503 ± 243 0.001 ± 0.006
5000 K 5028 ± 283 0.002 ± 0.006
5700 K 5665 ± 355 0.002 ± 0.006
6500 K 6530 ± 510 0.003 ± 0.006
Flexible CCT (2700 – 6500 K) T 2) ± ΔT 3) Duv 4) ± 0.006
注:1) 其中有6个额定CCT是与荧光灯对应的:2700 K、3000 K(暖白光)、3500 K(白光)、4100 K(冷白光)、5000 K和6500 K(日光);

2) T应该是100 K的整数(如2800 K,2900 K,……,6400 K),但不包括前头列出的8个额定CCT值;

3) ΔT = 0.0000108×T2+0.0262×T+8;

4) Duv = 57700×(1/T)2-44.6×(1/T)+0.0085。

对于SSL产品的显色指数(CRI),本标准中是采用CIE 13.3-1995标准中的“一般CRI”,用Ra表示。Ra是根据光源的相对光谱功率分布计算而得的。SSL产品的Ra平均值应该不低于CIE 13.3中规定的最低值,而每个样品的Ra都不得低于Ra平均值减去3。
对于光谱功率分布的测量是采用IESNA LM-79标准,而对Ra的计算则是根据CIE 13.3标准。

  1. IES LM-79-08
    IES LM-79-08《固态照明产品电气和光度测量》规定了测量固态照明产品(SSL)的总光通量、电功率、光通强度分布和色度时,所应遵守的程序和注意事 项。标准适用于基于LED的、集成了控制电路和散热槽、因此只需要交流或直流电源便可运行的SSL产品;不适用于需要外部运行电路或外部散热槽(如LED 芯片、LED封装、LED模块等)的SSL产品。
    标准的第2到第8章介绍了产品在测量时的各种要求。在测量时,环境温度和空气流动对于测量结果影响较大。测量时的环境温度应保持在25℃±1℃,温度传感 器应与SSL产品同高度,距离不超过1米,并避免受到SSL产品和其他光源的直接照射。SSL产品的支撑装置应采用热传导性较差的材料(如聚四氟乙烯)。 测量装置内的空气流动应足够小,以免影响到装置所产生的正常的空气对流。
    测量时还应当注意SSL产品的老化和稳定问题。在对新的SSL产品进行分级时,应该直接进行测量,而不进行老化。虽然有些LED光源在开始1000小时内 亮度会有所增加,但由于一般只增加几个百分点,因此对测量结果影响不大。在测量前,应该先在上述环境温度和空气流动的要求下运行一定时间以达到稳定状态, 稳定时间一般为30分钟(小型集成式LED灯)到2小时以上(大型SSL照明设备)。当产品在30分钟内的3次光输出和电功率的读数(15分钟读一次)变 动不超过0.5%时,就认为产品已经达到了稳定状态。
    此外,测量时SSL产品的朝向应根据制造商的建议或产品正常使用的状态来放置。供电的交流或直流电源应采用产品正常操作时的数值,其电压波动不得超过0.2%。
    标准的第9章介绍了总光通量的测试方法,是采用积分球系统或测角光度计来测量。其中积分球系统适用于测量集成式LED灯和小尺寸LED照明设备的总光通量 和色度,其优点是速度快、不需要暗室、空气流动小和温度波动小。但是SSL产品产生的热量会积累从而导致产品测试环境温度的升高。积分球系统包括两种,一 种采用V()关联光度头,另一种采用分光辐射谱仪作为探头。
    对于较大尺寸的SSL产品应该采用测角光度计来测量,当然测角光度计也可以用于测试小尺寸的SSL产品。测角光度计一般用于测量流明强度分布,进而计算出 总光通量。测角光度计必须安装于温度恒定的暗室中,其优点是测试光源发出的热量不会积累。但是,测角光度计测量的时间较长,容易产生光谱失谐。
    标准第10章是流明强度分布的测量。在用测角光度计测量流明强度分布时,光度计与SSL产品的距离应该在产品最大尺寸的5倍以上,窄射束光源的距离应该更 长。对于SSL产品,应该记录其绝对流通强度分布值(对应于传统照明设备的绝对光度测定法),而不能采用传统照明设备的相对光度测定法。对于流明强度分布 测量的电子版数据,必要时应根据IES LM-63中的IES文件格式进行准备。

标准第11章是关于流明效率ηv的计算公式。ηvΦTEST/PTEST,单位是lm/W。其中ΦTEST是所测得的总光通量,PTEST是所测得的输入功率。注意这里的流明效率ηv不能与辐射流明效率混淆,后者等于光通量除以辐射通量。
标准第12章是SSL产品颜色特征的测试方法,包括色度坐标、相关色温和颜色指数。测量可以采用两种方法:采用分光辐射谱仪作为探头的积分球系统、采用分光辐射谱仪或色度计进行三维扫描。分光辐射谱仪的波长范围至少要覆盖380 nm到780 nm。
在对测量时的不确定性进行说明时,标准第13章要求,置信度应采用95%,因此包含因子k应该为2。
标准第14章描述了SSL产品依据本标准进行测试后,产品测试报告所应当包含的内容,包括:

  • 测试日期和测试机构;
  • 制造商名称和所测试SSL产品的名称;
  • 测试参数的数目(总光通量、流明效率等);
  • 相关电量值(注明是直流(频率)或交流电),所测试SSL产品的名义相关色温;
  • 测试前的运行时间(新产品应该为0);
  • 包括稳定时间在内的总运行时间;
  • 环境温度;
  • SSL产品在测量时的朝向(点亮位置);
  • 稳定时间;
  • 所使用的光度方法或仪器(分光辐射谱仪、采用分光辐射谱仪作为探头的积分球系统、测角光度计等);
  • 所引用标准的名称和类型(功率、灯类型、强度分布类型-多向/单向)以及来源;
  • 采用的校正系数(如光谱失谐、自我失谐、强度分布等);
  • 光度测量条件(对分光辐射谱仪是指球直径、涂层反射系数、4π或2π结构;对测角光度计是指光度距离);
  • 测量的总光通量(lm)和每个SSL产品的输入电压(V)、电流(A)和功率(W);
  • 流明强度分布(若适用);
  • 颜色特征(色度坐标、白光产品的相关色温和/或显色指数);
  • 光谱功率分布(若适用);
  • 分光辐射谱仪的带宽(如果报告中涉及光谱分布和/或颜色特征);
  • 使用的设备;
  • 不确定性说明(如果有要求);
  • 与标准操作程序的偏差(若有)。
  1. IES LM-80-08
    IES LM-80-08《LED光源光通维持率的测量》规定了基于无机LED的封装、阵列和模块的光通维持率的测试。光通维持率是指所测试时间点上的光通量与光 源最大光通量的比值,通常以百分比来表示。与传统光源不同,LED光源的光通维持率是逐步下降的,当下降到标准规定的数值时,便认为其寿命已终结。
    进行光通维持率测试时,选取的样品和样品数量应具有足够的代表性。在测试时,每个LED光源都应该进行标识,以便于在测试、运输或评估时不会混淆。测试应该在干净的环境中进行。测试时光源不应过分抖动或振动,以免影响测试结果。
    测试应该至少在三个管壳温度(TS) 下进行:55℃、85℃和制造商自行选定的一个温度,测试过程中管壳温度的偏差不得超过2℃,探头周围空气温度的偏差不得超过5℃。对温度的控制采用符合 ASTM E230标准的表1规定的热电偶测量系统。测试时的相对湿度应不超过65%。测试时样品应根据制造商规定的朝向进行放置,并尽量减小空气的流动。
    在电压和电流方面,测量时应采用产品规定的电压和频率,交流电源的电压波动不得超过3%,直流电源的电压波动不得超过2%。电流的波动不得超过3%,在测量时不得超过0.5%。
    在测量时,如何正确记录运行时间是非常关键的。因此,应在特定的位置安装计时器,并只在LED光源发光的时候进行计时,断电时不用计时。为了提高精确度, 还可利用视频监测、电流检测等方法。总运行时间测量的偏差不应超过0.5%。在进行光度测量时,可采用分光辐射度计来进行总光谱辐射通量的测量,进而获得 光度和色度值。LED光源在测量前应冷却至室温,环境温度应设为25℃±2℃。
    LED光源至少应进行6,000小时的测量,至少每1,000小时采集一次数据。为获得更佳结果,应该进行10,000小时的测量。每个采样周期中应观察LED光源是否曾熄灭,并查找原因,确保不是由于测量设备的失效导致。
    在标准最后一章中,描述了LED光源依据本标准进行测试后,产品测试报告所应当包含的内容,包括:
  • 所测试LED光源的数量;
  • LED光源的详细描述;
  • 辅助设备的详细描述;
  • 运行周期;
  • 环境温度,包括空气流动、温度和相对湿度;
  • 管壳温度(测试点的温度);
  • 测试时LED光源的电流;
  • 初始光通量,光度测量电压时的正向电压;
  • 每个LED光源的光通维持率数据,以及所有LED光源的光通维持率平均值、标准偏差、最小值和最大值;
  • 对LED光源熄灭的观察,包括熄灭原因和时间;
  • 对LED光源的监测;
  • 光度测量的不确定性;
  • 测量时的色度偏移。

电磁兼容要求

美国电磁兼容方面的主管机构为联邦通信委员会(FCC)。作为独立的政府机构,FCC主要负责全美50个州、哥伦比亚特区和美国所属地区的国内与国 际范围的无线电、广播、有线、卫星和光缆通信的管制。为有效实施《电信法》赋予的职责,FCC制定了无线电、电信、电子电气等设备有关电磁兼容、频率范围 等方面的技术标准作为其执法依据,这些标准被编纂列入联邦法规的15卷和47卷(47 CFR),成为具有强制性要求的技术法规。另外,为确保消费者生命和财产安全,FCC还对其管制范围内的产品和设备实施了认可制度。
一般来说,照明设备在正常工作时会产生射频能量。当设备工作时产生的射频信号的频率大于9 kHz时,应使用FCC Part 18来进行测试;否则,使用FCC Part 15来进行测试。为了判定是适用FCC Part 18还是FCC Part 15,必须先检查从电源端输入至产品本身的工作频率。对于LED照明产品,如果产品使用开关电源作为电源供应,而电源的工作频率大于9 kHz,也就是LED照明产品的工作频率大于9 kHz(整流前),则必须满足FCC Part 18的要求;如果电源工作频率小于9 kHz或是使用直流供电,则适用FCC Part 15。对于其他特殊情况,可直接咨询FCC。

一、FCC许可方式
对于属于FCC Part 18的情况(工作频率大于9 kHz),可采用合格声明(DoC)或认证的许可方式;对于FCC Part 15的情况(工作频率小于9 kHz),一般采用验证方式。
1. 验证(Verification)
对于验证方式,无需FCC签发文件,制造商或进口商只需在FCC认可的实验室完成一份自我确认的报告,并在销售的产品上标明验证标记,用以证明该项商品与 制造厂测试的样品完全一致即可。此外,产品在进行验证时,需要提供制造商名称以及客户名称和地址、设备操作和说明手册、要验证的产品型号等资料并提交产品 样品。
2. 合格声明(DoC,Declaration of Conformity)
制造商或进口商将产品在FCC指定的(美国实验室认可协会A2LA或美国国家实验室认证系统NVLAP授权认可)合格检测机构对产品进行检测,做出检测报 告,若产品符合FCC标准,则在产品上加贴相应FCC标志,在用户使用手册中声明有关符合FCC标准规定,并保留检测报告以备 FCC索要。具体程序如下:

  • 申请者向FCC 认定的实验室提供样品、资料;
  • 实验室对样品进行测试以确保产品符合标准的要求;
  • 申请者根据测试结果声明产品符合标准要求;
  • 申请者根据FCC 规定加贴标签;
  • 在用户使用手册中声明有关符合FCC 标准规定,并保留检测报告以备FCC 索要。
  1. 认证(Certification)
    产品需通过FCC认可的实验室测试完毕,取得测试报告后,整理产品的技术资料,包括:产品细节照片、电路原理图、使用手册等,同测试报告一起送到FCC的 电信认证机构(TCB)测试室。FCC 的TCB实验室确认所有资料无误,并颁发证书。产品的测试数据必须由FCC注册的实验室提供。
    申请FCC ID,先申请一个FCC注册代码(FRN),用来填写其他的表格。如果申请人是第一次申请FCC ID,就需要申请一个永久性的Grantee Code;
  • 准备测试数据;
  • TCB 提交测试数据和技术资料;
  • TCB 代表FCC 处理认证申请,审查后给FCC ID;
  • 申请者在产品的标签上注明证书上识别号即FCC ID。

下面主要介绍工作频率大于9 kHz的LED照明产品(属于FCC Part 18)的情况。FCC Part 18(47 CFR 18) 规定了工科医(ISM)设备的通用技术要求和工作条件、设备的许可和识别、设备的工作频率、辐射场强度限值和传导限值、测量的频率范围和测量方法,以及技 术报告、符合性信息、提供给用户的信息等内容。LED照明产品在使用或销售前可通过合格声明或认证的方式获得FCC的许可。

二、辐射与传导限值
FCC Part 18.305(47 CFR 18.305)和FCC Part 18.307(47 CFR 18.307)规定了照明设备的辐射和传导限值,如表3.14和3.15所示。

表3.14 照明设备的辐射磁场强度限值

频率(MHz) 辐射场强度限值(在30米处)(mV/m)
非消费类设备
30~88 30
88~216 50
206~1000 70
消费类设备
30~88 10
88~216 15
206~1000 20
注:

① 对于两个频段范围的边界频率适用较为严格的限值;

② 符合这些限值的检测可以在更短的距离进行,如果可进行足够数量的测量绘出辐射的图案,来确定辐射的主要叶以及在30、300或1600米的预期磁场强度。另外,如果仅在一个固定的更短距离进行的测量,允许的场强限值应用1/d作为衰减因子进行调整。

表3.15 照明设备的传导限值

频率(MHz) 在50 uH或50 ohm LISN上测量的最大线电压(uV)
非消费类设备
0.45~1.6 1000
1.6~30 3000
消费类设备
0.45~2.51 250
2.51~3.0 3000
3.0~30 250

三、技术报告
申请认证的设备应向FCC递交FCC的731表,并附带测量设备的描述或引用已在FCC备案的相关信息以及技术报告。技术报告包含以下信息:
a) 测量设备的描述,或引用已在FCC备案的相关信息;
b) 提供给用户的安装和使用说明书的副本。申请时也可以递交此类说明书的草案副本,但正式文本必须尽快提供给用户,不迟于准予申请60日后;
c) 设备制造商和/或设备许可申请者的完整的名称和通信地址;
d) FCC识别码(Identifier)、商标和/或投入市场的设备型号;
e) 额定技术参数的说明,包括:
– 电路图或原理图;
– 正常工作频率;
– 产生的最大射频能量;
– 设备的功率要求;
– 任何其他相关的工作特性。
f) 测量报告,包括使用测量设备的清单,以及测量设备最后校准日期和实施测量日期的说明,并且指出获得测量报告时调查的频率范围。

四、 标签、说明书及相关信息要求

    通过合格声明方式获得许可的设备应加贴以下标签(见右图3.1)。该标签不应是粘贴式的纸标签,而应永久性地施加于产品上,并且购买者在购买时易于识别。 永久性施加是指通过焊接、铆接或永久性黏合剂,以蚀刻、雕刻、铭刻、丝网印刷、无法擦除地印制、或其他永久性的标记方式,在设备部件、金属和塑料铭牌、或 其他固定在设备上的材料上加贴标签的方式。标签应能在设备的生命周期内保持清晰并且不易被剥离。    fcc

通过合格声明方式获得许可的设备还应包括以下符合性信息:

  • 产品的识别,如产品名称和型号;
  • 符合性声明,如“This device complies with Part 18 of the FCC Rules.”(本设备符合FCC Part 18的规定);
  • 美国境内责任方的名称和地址。

符合性信息也可放在使用手册、单独的宣传册或包装上。符合性信息格式没有作规定。
此外,照明设备制造商还应向用户在使用说明书或包装(如果没有使用说明书)上提供以下信息:

  • 设备或系统的潜在干扰;
  • 系统的维护;
  • 用户可以采取的纠正干扰的简单措施;
  • 在 产品包装或其他用户文件中提供建议声明:“This product may cause interference to radio equipment and should not be installed near maritime safety communications equipment or other critical navigation or communication equipment operating between 0.45-30 MHz.”(本产品会对无线电设备造成干扰,不能在海事安全通信设备或其他在0.45~30 MHz频率工作的重要航海或通信设备附近安装)。

五、工作频率小于9 kHz的设备
对于工作频率低于9 kHz的LED照明产品,应符合FCC Part 15的要求。FCC Part 15(47 CFR 15)规定了有意和无意发射体辐射骚扰和传导骚扰的测量方法、限值等技术要求,还明确了相关产品的认证流程、市场管理条例以及处罚办法。FCC Part 15中引用ANSI C 63.4:2003《低压电子电气设备在9 kHz~40 GHz的无线电噪声发射测量方法》作为设备的EMI测量标准,企业需要根据FCC Part 15规定的限值要求,应用ANSI C 63.4的测量方法,完成对产品的检测。LED照明产品属于B类无意发射体,一般通过验证的方式获得FCC的许可。此类设备的传导和辐射限值应符合FCC Part 15.107和FCC Part 15.109的规定。

能效要求

LED照明产品能源之星要求

半导体照明是一种新型的照明产品,对其能效进行规范是目前世界各国都在努力的重点领域。美国的“能源之星”计划在这方面居于领先地位。作为由美国能 源部(DOE)和环保署(EPA)联合推出的一项产品能效认证计划,“能源之星”比较注重半导体照明这类新型的、市场潜力较大的产品能效规范工作。早在 2007年,“能源之星”便推出了有关固态照明灯具的认证计划;此外,“能源之星”还对灯具中的LED光引擎的能效及相关性能要求进行了详细规定。从 2009年开始,“能源之星”还制定了整体式LED灯的认证规范。2011年能源之星发布新版的灯具能源之星规范,以取代现有的住宅照明设备V4.2和固 态照明产品V1.3能源之星规范。可以说,“能源之星”对半导体照明的能效要求已经逐渐清晰明确。
尽管“能源之星”是一个自愿性的认证项目,但在美国影响非常广泛,贴上了“能源之星”标签,就标志着产品在能效方面已经获得了美国能源部和环保署的认可, 消费者主要依据该标签来选购节能型产品。同时,依据联邦政令,获得“能源之星”认证的产品还可获得政府的优先采购。“能源之星”不仅在美国本土发挥着重要 的作用,而且已成为一个国际性的节能标志,目前已被加拿大、日本、欧盟、澳大利亚等国家引进。因此,对于那些期望在国际市场上更具竞争力的LED企业而 言,应该关注并实施LED照明产品的“能源之星”认证。
能源之星有关半导体照明的规定主要包括灯具能源之星认证计划以及整体式LED灯认证两部分,下面将对这两方面的认证要求进行详细介绍。

此外,美国加州的《电器效率法规》(CEC)在2009年8月推出的最新版本中也增加了对便携式LED灯具的要求。

     能源之星认证

固态照明灯具认证计划

3.4.1灯具能源之星认证计划

    目前灯具能源之星规范为2011 年7月5日发布的1.1版,该规范取代了原来4.2版的住宅照明设备和1.3版的固态照明灯具的能源之星规范,并于2011年4月1日开始生效。据预测, 符合该规范的灯具将比现在的荧光灯具节省30%的能源。到2013年,灯具的性能要求将得到进一步提高,效率将比现在的灯具高出40%。本规范规定了定向 和非定向灯具的寿命、光通维持率、相关色温(CCT)、显色性(CR)、调光线、功率因子(PF)、瞬时保护、电流波峰系数、操作频率、噪音、电磁兼容等 通用要求,然后对非定向家用灯具、定向家用灯具、定向商用灯具等的初始光效、光源最低初始光束和区间流明密度进行了详细规定。
1. 范围
    “能源之星”固态照明灯具认证计划(1.1版)主要适用于以下产品:
  • 非定向家用灯具,包括室内和室外灯具;
  • 定向家用灯具,包括筒灯、线槽灯、室外柱灯、橱柜灯等;
  • 定向商用灯,包括筒灯、便携式案头台灯等。
2. 通用要求
    本规范规定了定向和非定向灯具的寿命、光通维持率、相关色温(CCT)、显色性(CR)、调光线、功率因子(PF)、瞬时保护、电流波峰系数、操作频率、噪音、电磁兼容等通用要求,本报告中仅摘取对LED照明灯具的要求。
表3.14 灯具的通用要求
能源之星要求
LED照明灯具
光源寿命
LED封装/LED模块/LED阵列的光通维持寿命值L70应符合以下要求:家用分级室内灯具:25000 h;家用分级室外灯具或商用分级灯具:35000 h。
光通维持率
LED封装/LED模块/LED阵列的光通维持寿命值L70(6k)应符合以下要求:家用室内灯具:L70(6k) ≥25000 h;家用室外灯具或商用灯具:L70(6k)≥35000 h。
定向SSL以及非定向灯LED光引擎或GU24型整体式LED灯在6000 h时应提供以下指定的初始流明的百分比:
室内灯具:≥91.8%
室外灯具:≥94.1%
商用灯具:≥94.1%
相关色温
2700 K、3000 K、3500 K、4000 K、5000 K(仅限于商用)。以上色温要求仅适用于室内灯具。
显色性
定向灯或可替代LED光引擎或非定向GU24型整体式LED灯的显色性Ra≥80(仅限于室内灯具)
色彩维护
超过灯具运行的首6000个小时时染色性变化应在CIE 1976色度图上的0.007内(仅限于室内灯具)。室外灯具豁免遵守此要求。
光源安装
所有灯具上都应一个灯座对应一个灯,除了线形荧光灯、使用ANSI E26灯座的室外灯具以及与多功率镇流器和灯座的筒灯,灯应使用ANSI/IEC标准型灯。此要求不适用于非定向LED光引擎和定向SSL,这两类灯具上应安装全部的光源部件。
启动时间
在电力运行的1分钟内光源达到稳定光输的90%。
运行时间
在电力运行的半数时间内光源应能持续发光。
调光
从功率的100%至35%之间灯具及其部件应能连续发光。如果能进行分级调光,则在35%总光输出≤光输<100%总光输出时最少应提供两种不相关的光输出。
功率因子(PF)
灯具的总输入功率小于或等于5 W时:PF≥0.5。
灯具的总输入功率大于5 W时:住宅:PF≥0.7;商用:PF≥0.9
瞬时保护
符合ANSI/IEEE C62.41-1991中的A级操作要求。
关机状态下的功耗
关机状态下灯具不应消耗功率。
操作频率
≥120 kHz
镇流器/启动器的可替换性
非定向可替换LED光引起和非定向整体式LED灯的要求可参见光源的替换要求。不可分离式SSL豁免遵守本规范中有关镇流器/启动器的替换要求。
噪音
安装在灯具内的镇流器/启动器的噪音等级不应超过A级。建议在操作中将镇流器和启动器安装到灯具中,其灯具发出的噪音不应超过24分贝。
EMC和无线电干扰
电源和/或启动器应符合FCC的要求。用于商业、工业或贸易环境的电源或启动器(不包括用于公共场所或家庭的产品)适用于A级,用于住宅的电源或启动器适用于B级。
最大温度
现场运行时,镇流器或启动器温度不应超过制造商的最大建议温度。
最低操作温度
灯具应有0°F (-18℃)或更低的最低操作温度。(仅适用于室外灯具,室内灯具豁免遵守此要求)
3. 初始光效、光源最低初始光输和区间流明密度要求
    本标准也对三类产品中的LED灯具的初始光效、光源最低初始光输出和区间流明密度也进行了详细规定。
表3.15 灯具的光效、光输出和区间流明密度要求
灯具类型
能源之星要求
初始光效
光源最低初始初始光输
区间流明密度
非定向家用灯
固态照明灯具
可替换LED光引擎或GU24型整体式LED灯的光效应符合或以下指定的值:至2013年9月1日:每个光源≥65lm/W;2013年9月1日后:每个光源≥70lm/W。
灯具最小应提供800 lm的光输。
除了:≥ 3 头的枝形吊灯和浴柜灯最小应提供450lm/头的光输。
定向家用灯
线槽灯
45 lm/W
灯具至少应提供每个直线英尺200 lm的光输。灯具的最低光输(lm)应通过测量的灯具长度(英尺)/12*200计算得出。
不对称,灯具在距离顶点30°-60°的区间内至少应提供总初始流明值之35%的光输。
筒灯
42 lm/W
孔径≤ 4.5英寸:345 lm
孔径> 4.5英寸:575 lm
灯具在0-60°区间内至少应提供总初始流明值之75%的光输(低点对称)。
重点照明产品
35 lm/W
灯具至少应提供200 lm/头的光输。
灯具在0-40°区间内至少应提供总初始流明值之80%的光输(双边对称)。
橱柜灯
29 lm/W
灯具至少应提供每个直线英尺125 lm的光输。灯具的最低光输(lm)应通过测量的灯具长度(英尺)/12*125计算得出。
灯具在0-60°的区间内至少应提供总初始流明值之60%的光输,在60-90°区间至少应提供总初始流明值之12.5%的光输(低点对称)。
室外柱灯
35 lm/W
灯具至少应提供300 lm的光输。
灯具在0-85°的区间内至少应提供总初始流明值之95%的光输(低点对称)。灯具射出的光线不超过90°。
不可分离式SSL灯
70 lm/W
定向商用灯
便携式案头台灯
29 lm/W
灯具至少应提供200 lm的光输。
灯具在0-60°区间内至少应提供总初始流明值之85%的光输(双边对称)。
筒灯
42 lm/W
孔径≤ 4.5英寸:345 lm
孔径>4.5英寸:575 lm
灯具在0-60°区间内至少应提供总初始流明值之75%的光输(低点对称)。
橱柜灯
35 lm/W
灯具至少应提供200 lm/头的光输。
灯具在0-40°区间内至少应提供总初始流明值之80%的光输(双边对称).
重点照明产品
29 lm/W
灯具至少应提供每个直线英尺125 lm的光输。灯具的最低光输(lm)应通过测量的灯具长度(英尺)/12*125计算得出。
灯具在0-60°的区间内至少应提供总初始流明值之60%的光输,在60-90°区间至少应提供总初始流明值之12.5%的光输(低点对称)。
4. 安全要求
    除了上述列出的产品性能要求,本规范对产品的安全要求也进行了规定。表3.16列出了灯具采用的相关安全标准。
3.16 灯具的安全要求
便携式灯具
固定式灯具
电子镇流器、启动器和非爱迪生灯头适配器
固态照明灯具
非定向可替换LED光引擎:
非定向整体式LED灯(GU24):

ANSI/UL 1993-2009

定向SSL:
此外,规范还对灯具的标签和包装要求、灯具中有毒有害物质要求、灯具的保证书要求等进行了规定。

整体式LED灯认证

2009年1月,“能源之星”发布了有关整体式LED灯能效认证的草案。2011年5月13日,能源之星发布最新的整体式LED灯具能源认证规范V1.4版本。,主要修改了“能源之星”第三方合格评定的要求。能源之星整体式LED灯共分三部分:首先对面向所有整体式LED灯的要求进行规定;其次对非标准灯的能效要求进行规定;最后对替换灯的能效要求进行规定。

  1. 定义及范围

待续。。。

  1. 对所有灯的要求

表3.17中列出了对所有灯的要求,即所有整体式LED灯,不管是非标准灯还是替换灯,都必须满足其中的要求。

表3.17 对所有灯的要求

相关色温及深紫外(Duv) 灯必须包含下列指定的相关色温(根据 ANSI C78.377-2008)中的一种,且范围落在附件中定义的七阶色度四边形内。
标称相关色温 目标色温(K)及公差 目标Duv及公差
2700K 2725 ± 145 0.000 ± 0.006
3000K 3045 ± 175 0.000 ± 0.006
3500K 3465 ± 245 0.000 ± 0.006
4000K 3985 ± 275 0.001 ± 0.006
颜色维持 产品寿命期间的色度变化在CIE 1976 (u’,v’)色度图上在0.007之内。
显色指数 最低显色指数(CRI)为80。
调光 灯可以是可调光的,也可以是不可调光的。产品包装上必须清楚表明是否可调。

所有灯的调光器必须是安全的。

制造商对于合格的可调光产品,应提供网页以发布有关调光器兼容的信息。

担保 从购买之日起必须为灯提供至少3年担保,包括修理或更换。出货时灯的包装必须包括书面保修。
灯的寿命/流明维护 运行25000小时时,灯应该至少能输出初始流明量的70%
允许灯座 必须是在ANSI ANSLG C81.61:2007中列出的灯座
功率因素 ≥ 0.70
最低工作温度 整体式灯的最低工作温度为-20°C或更低
LED工作频率 ≥ 120 Hz

注:该性能特征说明了由于低频率运作引起的可见闪烁的问题并用于稳定形态以及调光操作。调光操作应满足所有的光输出水平的要求。

电磁和无线电频率(射频)干扰 制造商为住宅应用指定的电源必须符合FCC消费者使用要求(FCC 47 CFR Part 15 消费者辐射限制)。
噪音 整体式灯的声音等级应为A级
瞬时电流保护 电源应符合IEEE C.62.41-1991中A类操作。
工作电压 灯的工作电压为120伏特,±10%。

此外,规范中还列出了对整体式LED灯的包装要求。

  1. 对非标准灯的要求

所谓非标准灯,也即非标准灯形式的LED灯。这种灯在功率或类型上不等同于现有的标准电灯。除了针对所有灯的要求,非标准灯还需满足表3.18中所列的性能和信息要求。此外,针对非标准灯的要求并不适用于计划取代线型荧光灯或高强度气体放电(HID)灯的LED灯。

3.18  对非标准灯的要求

最低光效 55 lm/W
最低光输出 400 lm
光强度分布 没有特定的光强分布要求。 必须提交测角光度计报告 (基于LM-79-08 测试程序) 以显示灯产生的光强度分布。

产品标签必须以图解形式标明与上述报告一致的光线分布。格式待定。

计划应用 产品提交的材料必须说明非标准灯打算使用的照明应用和灯具类型
  1. 对替换灯的要求

所谓替换灯(Replacement Lamps),是指计划取代现有标准电子灯的LED灯(根据ANSI C79.1:2002)。在产品包装、印刷品或其他材料上注明标准灯功率或类型的等效值的所有灯必须提供下列关于被取代灯(即目标灯)的信息:

  • 目标灯类型,使用在ANSI C79.1:2002中定义的标准灯名称,如A、R、 MR、 PAR等;
  • 以八分之一英寸为单位的目标灯直径,如A19、MR16、PAR38等;
  • 目标灯标称功率;
  • 对定向灯,以度数为单位的目标灯光束角度。

对替换灯的要求并不适用于计划取代线型荧光灯或高强度气体放电(HID)灯的LED灯。

规范将替换灯分为全方向灯(omnidirectional lamp replacement)、装饰灯(decorative lamp replacement)和定向灯(directional lamp replacement)三类,每类都详细地规定了其最低性能标准和尺寸要求(分别参见表3.19、表3.20和表3.21)。

3.19 对全方向灯的要求

适用的灯型 计划取代下列类型标准灯(ANSI C79.1:2002)的LED灯:A、G、P、PS、S
最低光效

LED灯功率<10W

LED灯功率 ≥10W

 

50 lm/W

55 lm/W

最低光输出 灯的最低光输出(总光通量)至少应符合要被取代的灯的目标功率,如下所示。
被取代的灯的标称功率(watts) LED灯最低光输出 (lumens)
25 250
40 450
60 800
75 1,100
100 1600
125 2000
150 2600
光强度分布 在0°到135°区域内(轴对称)产品应具有均匀分布的光强度。 在该区域的任何角度的光强度不应与在整个0°到135°区域的平均光强度有超过20%的不同。
灯最大直径 不超过目标灯的直径。
最大总长 (MOL) 根据ANSI C78.20:2003不超过目标灯的最大总长。

 

3.20  对装饰灯的要求

适用的灯型 计划取代下列类型标准灯(ANSI C79.1-2002)的LED灯:B、BA、BT、C、CA、DC、F
最低光效 40 lm/W
最低光输出 灯的最低光输出(总光通量)等于其计划取代的灯的目标功率的7倍。
最大的灯直径 不超过目标灯的直径。

 

3.21  对定向灯的要求

适用的灯型 计划取代下列类型标准灯(ANSI C79.1-2002)的LED灯:BR、ER、K、MR、PAR、R

对于MR和PAR灯,应包括下列灯直径:

MR16、PAR16、PAR20、PAR30S、PAR30L、PAR38

最低光效

灯的直径≤20/8英寸

灯的直径>20/8英寸

 

40 lm/W

45 lm/W

颜色空间均匀度(Color Spatial Uniformity) 不同方向(如视角的改变)的色度变化应在CIE 1976 (u’,v’)色度图的加权平均点的0.004之内。
最大灯的直径 不超过目标灯直径
最大总长 BR、ER、PAR、R型灯:根据ANSI C78.21-2003不超过目标灯的最大总长。
仅对PAR和MR16型灯
最小中心光束强度– PAR 和 MR16灯 以对NEMA制造商生产的432 PAR与122 MR16灯的统计分析为基础的模型来确定最低中心光束强度要求。对给定的目标灯功率和目标光束角度,每个灯型的数学函数产生以坎德拉(cd)为单位的最低必需中心光束强度。最低要求是在模型预测的中心光束强度的2个标准偏差以内。
灯的类型 函数
PAR http://www.drintl.com/temp/ESIntLampCenterBeamTool_5_19.xls

请将下列信息输入到在线工具:

1.以八分之一英寸为单位的PAR直径 (即16, 20, 30, 38)

2.目标灯标称功率

3.以角度为单位的目标灯光束角度

MR16 http://www.drintl.com/temp/ESIntLampCenterBeamTool_5_19.xls

请将下列信息输入到在线工具:

1.目标灯标称功率

2.以角度为单位的目标灯光束角度

场角要求(Field angle requirement)– PAR 和 MR16灯 在1.3*波束角+3度,强度必须至少为最大强度的10%。
仅对BR, ER, K, 及 R型灯
最低光输出– BR, ER, K, 及 R 灯 灯的最低光输出(总光通量)应等于计划取代的灯的目标功率的10倍
光强分布 – BR, ER, K, 和 R灯 被要求用聚光(Spot)、窄泛光(Narrow flood)、泛光(Flood)这三个术语来表明BR, ER, K,和R 型灯的光束分布:

聚光:10°-20°光束角

窄泛光:20°-30°光束角

泛光:>30°光束角

综上所述,相较欧盟和日本等市场,美国在半导体照明的光度、电气及色度规范和测量方法方面居于领先地位,此外美国也较为重视对LED能效要求的规定。这和美国半导体照明产业的发达程度以及政府对国家半导体照明工程的重视程度是息息相关的。对于出口企业,应该关注美国有关半导体照明产品安全及电磁兼容方面的要求,同时在能效及性能方面也积极改进,只有这样才能使产品在美国市场上真正具有竞争力。

 

整体式LED灯,它被定义为一种包含发光二极管、一个集成LED驱动器和一个符合ANSI标准的用于通过ANSI标准灯座/插座连接到支电路的底座的灯。该规范所适用的产品范围包括计划取代通用白炽灯,装饰(烛台风格)灯和标准反射灯的整体式LED灯,以及非标准灯(non-standard lamps)。其它替代灯在未来可能随着LED技术的发展加入本标准中。

     DLC认证

待续。。。。。。。

     加州CEC要求

2009年8月,美国加州能源委员会发布了加州《电器效率法规》的新版,其中增加了对便携式LED灯具以及使用LED光引擎的便携式灯具的能效规定:

标准
要求
光输
≥ 200 lm(初始)
最低LED灯具光效
29 lm/W
最低LED引擎光效
40 lm/W
相关色温
2700 k至5000 k
最低显色指数
75
功率因数(仅限住宅使用灯具)
≥ 0.7

日本市场准入要求

印度市场准入要求

巴西市场准入要求

墨西哥市场准入要求

企业策略

面临问题

小结

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