【导读】LED照明已经逐渐取代传统照明成为照明市场的主导。由于照明领域的二次革命，照明效率上的进步（每瓦更高流明）、二次光学元件（更好的镜头/反射镜）、以及更强的热耗散性能等LED照明技术层出不穷。然而，LED户外照明在这前景一片大好的情况下依然存在诸多挑战，雷击就是一个重大威胁。
对于户外LED照明，一个相当大的威胁是在交流电源线路中发生的瞬态浪涌事件，其可能会对灯具造成损坏。一个LED灯含有电源转换器件（AC/DC）、LED的驱动芯片、以及用于热控的散热器和优化灯光质量的光学器件。直接连接到交流电源（如120/220VAC）的一个LED灯具可能会因灯泡内部元件或电路故障导致的短路和过载情况而损坏。除此之外，产生于灯泡外部的雷击浪涌或负荷开关瞬态能够造成电压尖峰或环形波，给元件造成压力并最终导致损坏，从而使灯泡报废。鉴于LED灯泡的价值定位不仅仅是降低能源消耗，还有更长的使用寿命，在消除因电气环境促使的现场故障中考虑瞬态电压保护将是至关紧要的。
间接雷击感应浪涌
由于附近电气设备的打开和关闭动作，在交流电源线路上可能会发生过压瞬态浪涌。附近发生的雷击也会在交流电源线路产生瞬态浪涌，尤其是在室外环境中。
图1：在交流电源线路中的瞬态浪涌。
在发生雷击的一刹那，从云到地面的静电放电的级别通常达到数百万伏。发生于几英里以外的雷击，会在载流铜线（例如：路灯的地下电缆）诱发高达数千伏的感应电压。这些间接冲击以通常含有超过1,000 A2s大量能量的特定波形为特征。约70%的雷击发生于热带地区的陆地地带，这也是大多数雷暴发生的地方。非洲国家经历过有史以来最为严重、持续时间最长的雷击。雷击最为经常发生的地方邻近刚果民主共和国东部山区的小村庄基夫卡，海拔约为975米。平均来说，该地区每年每平方公里会发生158次雷击。这个地方周围的一大片区域也受到严重影响，因为雷击造成的感应浪涌冲击增加了户外LED照明设备受损的几率。
根据美国航空航天局（NASA）在全球各地闪电频数上的研究，中南美、非洲、南亚和东南亚也有与美国类似的闪电频数；因此在美国，我们建议等效浪涌抗扰度应在5kA到10kA之间。对于闪电频数较少的其他地区，如欧洲、东亚和澳大利亚，可以考虑3kA到5kA较低的浪涌抗扰度。
暴风雨天气中这种类型的间接雷电能量会对户外LED照明装置造成不利影响。灯具在差模和共模条件下均容易受损：
差模：灯具的相线和零线端子或相线和相线端子之间的高电压/电流瞬态可能会损坏电源装置或LED?？榘逯械脑?br /> 共模：灯具的相线和地线或零线和地线之间的高电压/电流瞬态可能会穿透电源装置或LED?？榘逯械陌踩?，包括LED散热器绝缘。
测试波形是1.2 x 50μs开路电压和8 x 20μs短路电流波形的一种组合。要进行这项测试，在连接到灯具之前要通过将输出端短接到地面在浪涌发生器上对规定的峰值电流进行校准。
图2：组合波开路电压。
图3：组合波短路电压。
图4 世界各地的闪电频率—单位：闪电次数/平方公里/年—(NASA GHRC)。
应对感应浪涌事件的技术
?；せ釲ED照明免于感应浪涌冲击损害的方式是阻断高电压/电流瞬态干扰进入照明灯具。因此可以在户外LED照明应用中采用一种浪涌?；て鳎⊿PD）来抑制浪涌能量并最大限度地减少对照明设备的浪涌冲击。
对于SPD，有多种过电压?；ぴ捎?，包括金属氧化物压敏电阻（MOV）、气体放电管（GDT）和瞬态电压抑制（TVS）二极管。这些元件被放置于通常具有高阻抗的交流电源线之间，在检测到高电压时会变为低阻抗。在低阻抗状态下，这些元件可以将浪涌能量转移回到交流电源线，在浪涌事件后又回到高阻抗状态。在现有的技术中，MOV因其较高的浪涌能量处理能力和对瞬态电压的快速响应成为首选，在配电板的SPD保护中也得以广泛应用。因此MOV是户外LED照明应用中浪涌?；て骷淖钗视玫募际?。
在一个室外灯具中并入一条强大的浪涌抑制电路能消除浪涌能量造成的破坏，从而提高照明设备的可靠性，最大程度地减少维护并提高使用寿命。一个能将过高的浪涌抑制到较低电压水平的浪涌?；ぷ榧潜；ED灯具设施的最佳方式。
图5：LED路灯?；し桨?。
图中文字：1.电线杆底板的断路器 - 用于灯具底端线路的过流?；?br /> 2.SPD内的热防护处理
3.电源保险丝用于电源电路过流保护
热防护型MOV?；PD的安全
金属氧化物压敏电阻（MOV）技术不仅价格便宜，而且是抑制电源中瞬态的一种非常有效的技术。在许多其他的应用中，这种技术同样有效，比如通常被放置于LED驱动器前面的浪涌?；て鳎⊿PD）?？?。
在经历一次大浪涌或多次小浪涌之后，MOV的性能会逐渐退化。这种退化导致金属氧化物压敏电阻泄漏电流增加，进而使得MOV的温度升高，即使是在120VAC/240VAC工作电压的正常条件下。MOV相邻的一个热敏断路器可以在金属氧化物压敏电阻持续退化至寿命终止状态时用以检测其温度的增加；这时，热敏断路器会打开电路，将性能退化的压敏电阻从电路中去除，以防止灾难性故障。
图6：热敏断路器防止性能退化的MOV出现故障。
MOV的设计旨在微秒时间内钳制快速过电压瞬态。然而，除了短时瞬态，在SPD?？橹械腗OV还会受到因零线缺失或安装时的不正确接线造成的临时过电压情况的影响。这些情况会对MOV造成严重压力，使其进入一种散热失控状况；反过来，这又将导致过热、冒烟、甚至起火。SPD的安全标准UL 1449和IEC 61643-11，定义了为确保SPD安全而必须对器件进行测试的特定异常条件。在可靠的设计中，在浪涌?；て髂诓考尤肓巳让舳下菲?，以保护MOV不会出现散热失控。
图7：AC过电流事件。
为SPD而设的寿命终止/更换指示功能当MOV因临时过电压或过高的泄露电流而变得过热时，热敏断路器可用来将金属氧化物压敏电阻从交流电路中去除。SPD因此停止其电涌抑制功能。所以应考虑设计合适的指示功能，以便维修人员能够知道SPD不能正常工作且需要更换。
照明设计人员可以根据他们的维护和包修策略从两种主要类型的SPD?？榕渲弥薪醒≡?。这些都是并联和串联的浪涌?；ぷ榧?br />
图8：并联和串联连接。
并联连接：SPD?？橛敫涸夭⒘谝黄?。一个寿命终止的SPD模块从电源上断开的同时，AC/DC电源装置保持通电状态。照明依然处于工作状态，但却失去了抵抗电源装置和LED?？樗媪俚南乱淮卫擞康姆阑すδ?。在一个并联的SPD?？橹校梢酝ü褂靡桓瞿芟蛭ぜ际跞嗽敝甘維PD?？樽刺男〉姆⒐舛芾雌鸬礁恢甘镜淖饔??？梢匝≡袷褂寐躺⒐舛芾粗甘維PD模块在线，或者用红色发光二极管来指示SPD?？槔胂摺；蛘?，更换SPD模块的需要可以在SPD?？槭倜罩怪甘鞠吡又烈桓鐾缰悄苷彰飨低车恼彰鞴芾碇行闹性冻滔允?，而不是在每个灯具上都安装LED指示。串连连接：SPD?？橛敫涸卮谝黄?，寿命终止的SPD?？榇拥缭瓷隙峡耐?，也会使灯熄灭。灯具停电便可作为呼叫维修的指示。已断开的SPD模块不仅熄灭照明以作为更换的指示，同时使交流/直流电源装置与之后的浪涌冲击隔离开来。对这种配置的普遍偏好迅速增长，是因为在SPD模块等待更换期间，照明设施仍然受到?；?。与使用并联浪涌?；て髂？榈那榭鱿滦韪徽龅凭呦啾?，在串联情况下仅更换SPD模块的费用要低得多。
结语
LED技术所带来的高效节能提升了户外照明的价值。为了使LED照明设备能达到其预期寿命，应在户外LED照明中加入浪涌?；つ？?，以防止因雷击浪涌事件和其他电源线路浪涌造成的早期故障。安装于LED电源装置前端的浪涌?；つ？椋彰飨低程峁┝擞行У谋；?。但是，其可能会受到临时过电压威胁和因多次浪涌事件而疲劳的影响。放置于浪涌?；つ？橹械娜让舳下菲魈岣吡四？榈恼灏踩?，并能使?？榇锏経L 1449和IEC 61643-11认证标准。
当浪涌?；つ？榇锏狡涫褂檬倜谙奘保腟PD?？樘峁┑氖且恢肿钗虻サ母恢甘痉绞剑赐ü凭叽拥缭瓷隙峡?，从而使灯熄灭。并联的SPD?？樘峁┑氖且恢钟敕⒐舛芟嗔拥姆绞?，对?？槭欠裨谙咦龀鎏崾?。
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