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北美双端进电Type B灯管的设计难点和测试评估(上篇)

时间:2019-07-29 作者:吴昕 阅读:
双端进电Type B灯管是近两年照明替换市场上发展比较快的一种LED灯管,最近很多灯管厂都在开发这类产品,同时遇到了各式各样的问题。这些问题可能发生在产品开发阶段、生产测试阶段、甚至是产品大规模应用阶段。本文总结整理了这类产品的常见问题,分上、中、下三篇,以飨读者。

大家都知道,相比传统的荧光灯管,LED灯管具备几个明显的优点:高光效、长寿命、易调光、无污染,因此LED灯管替换荧光灯管逐渐成为市场上的主流。双端进电Type B灯管是近两年照明替换市场上发展比较快的一种LED灯管,这种新产品内置驱动电源和漏电检测模块,可以直接适配工频交流电网工作,无需前置荧光灯镇流器或LED驱动电源,在灯管安装时只需要短路或旁路镇流器即可以直接工作,而且此类灯管允许双端任意进电,使用起来非常方便,深受市场欢迎。

最近很多灯管厂都在开发这类的产品,同时也遇到了各式各样的问题。有的问题发生在产品开发阶段,有的问题发生在生产测试阶段,有的问题甚至发生在产品大规模应用阶段。如果问题发生在客户应用端,对工厂的声誉和整个供应链的负面影响都是非常大的。因此产品开发人员应该尽早发现并规避掉这些问题,尽量降低企业的市场风险。为了方便大家了解这些问题,我们撰文把这类产品常见的问题总结整理一下,分上、中、下三篇而议之,以飨读者。

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荧光灯与LED灯管的发光原理是完全不一样的。荧光灯管是气体放电灯,是靠击穿气体形成电流而发光的,而LED灯管是固态照明,由电子元件本身发光。由此,LED灯管天然就带有几处硬伤,应用的时候需要特别注意。第一,在换灯的时候,如果灯管有一端先插入荧光灯座,荧光灯是气体放电灯,气体没有击穿,另一端是不会带电的。但LED灯管由于是半导体电子原件发光,本身就是导体,如果没有做好隔离,另一端是有非常大的带电可能性。第二,做为一种气体放电光源,荧光灯天然地具备很强的抗浪涌能力。相比而言,LED灯管的主体是半导体发光器件,对外部环境较敏感,其抗浪涌能力很差。同时,传统荧光灯在应用时,前置有抗浪涌能力很强的镇流器,而Type B灯管在应用时灯管被直接连接到电网上,前置的镇流器已经被旁路掉,因此更加少了一层抗浪涌的防护。

很多朋友在开发双端进电Type B灯管时,往往只注意到了第一个问题,Pin-Safety防触电设计。认为只要添加一个合适的漏电流检测模块,使灯管能够满足UL1993 Risk of Electric Shock – Relamping Test的要求,就可以将单端Type B灯管成功晋级为双端灯管,这其实是远远不够的。LED灯管跟荧光灯一样,主要应用于一些条件比较恶劣的工业场所,包括车间、仓库、过道、停车场,甚至包括室外广告灯箱等等,其工作环境远比球泡灯恶劣。与Type A和Type C灯管不同,Type B灯管应用时其前置镇流器已经被旁路,因此灯管的抗浪涌防护等级须对标电子镇流器的抗浪涌防护标准,至少在1.2kV组合波或2.5kV振铃波以上。如果产品做不到这个浪涌防护等级,一旦大规模推向市场应用1~2两年以后,产品的防触电功能大概率都会失效。而且随着时间的推移,失效比例越来越高,最后给照明维护人员带来触电风险。因此,双端进电灯管做可靠性验证时必须先完成浪涌测试,再做漏电测试,以检查灯管经过雷击浪涌测试后其漏电保护功能是否依然完好无损。不要简单地依据灯管是否能点亮来判断灯管的抗浪涌水平,那样往往会得出错误的结论。

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除了上述的Pin-Safety问题,双端进电Type B灯管另一个常见的安全隐患是 Mis-Application问题,即LED灯管被错误地插入到常规的荧光灯具中,与电子镇流器连接工作时。如果灯管自身的漏电流检测电路设计不好,经过一段时间以后灯管很可能会发生冒烟、燃烧的安全事故,严重时灯管甚至会被烧熔并引发火灾,非常危险。这类问题的真正危险在于,当灯管被错接到电子镇流器上并不会立即发生失效,很多时候灯管甚至还会被“正常”点亮,因此安装人员往往无法在现场发现并终止问题。燃烧事故经常是在工人离开后数小时或数天后发生的,届时如果没有现场人员发现火情并及时制止灾情,很可能会引发火灾甚至人员伤亡事故。因此Mis-Application测试是双端灯管开发过程中一个非常重要的安全测试项目,其重要性甚至高于UL1993漏电安全测试项。必须全面评估双端Type B灯管在误接不同类型电子镇流器,包括IS、PS、RS和High BF、Normal BF等等,持续监控和记录灯管的温度并排除风险。此事必须慎之又慎,切不可忽略而妄为之。要知道灯管是一种应用面很广且使用数量特别巨大的照明产品,任何自诩的小概率事件(例如百万分之一的概率),随着产品的大批量出货和推广应用(例如1000万支出货),都会演变成必然发生的事件(至少10次事故),只是时间早晚的问题而已。

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双端进电Type B灯管应用中另一个常见的失效就是所谓的“群灯误触发”问题,具体表现为当一个照明回路上安装了一定数量的双端进电灯管后,经常会发生部分灯管无法点亮的现象。这些无法点亮的灯管往往是随机的,一会儿是A、B灯管不亮,另一会儿可能是C、D灯管点不亮。而且取下来的灯管换个地方就可以正常点亮,换个新灯管上去却可能依然无法点亮,常常搞得现场安装人员一头雾水,总是怀疑灯管存在批次性质量问题。其实这是由于双端进电灯管的漏电流检测模式导致的,发生失效的根本原因来自于其基本的工作原理,并非产品的批次性问题。

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目前市场上的双端进电灯管之漏电流检测芯片大多都是采用简单的“电流法”来判断灯管的安装状态,确定漏电流开关的通断。“脉冲电流法”无论是串联取样还是并联取样的方式,其基本工作原理都是通过产生检测脉冲,在脉冲导通期间判断灯管电流Ipk是否超过设定值Iref。如果Ipk > Iref,判定为灯管安装正常,漏电流开关锁合,灯管正常点亮;如果Ipk < Iref,判定有人体接入,漏电流开关断开,等待下一次检测脉冲继续判断。实际应用中,照明回路的电缆线长度可能长达几百数千米,其等效电感电流在极窄的检测脉冲期间不可能发生突变,可以等效为恒流源。回路上的几百数千支灯管在同一脉冲瞬间闭合漏电开关,一定会引发“进程并发”竞争机制,导致部分灯管的电流达不到设定值,Ipk < Iref,最终导致这些灯管无法正常点亮。“群灯误触发”问题发生的根本原因与漏电流检测芯片的工作模式有关,但其发生的概率却与实际应用中照明回路电缆线的长度、光源的数量以及回路上其他负载的运行状态有关。因此这个潜在的问题在产品开发阶段很难复现和评估,容易被产品开发人员忽视,但在实际应用中却会给客户带来很大的困扰,需要引起公司的足够重视。

双端进电Type B灯管做为一类新产品,它的出现确实很大程度地降低了工程改造的人工成本,加速了LED灯管替换的速度。但另一方面,这个新物种确实也存在各种各样的新问题,因此需要大家一起努力、共同解决。更多的应用问题,我们将尽快在后续的篇章继续讨论,与各位同仁共勉,共创美好世界。

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