提升LED吸顶灯使用安全性的设计思考

徐铁江

浙江阳光照明电器集团股份有限公司，浙江 绍兴 312300

0 引言

相关调研数据显示，LED照明占比为全球最高。相比传统灯具，LED灯耗电量有大幅降低，而且其使用寿命长、性能可靠，缩短了保养周期，并降低了维护成本。LED无铅，也不含汞，是更环保的照明解决方案，更是被视作环保安全型产品，被广泛应用于居民生活、采矿、石油勘探和其他存在爆炸风险的环境中[1]。LED的高效节能、长寿环保、安全可靠，以及在智能照明物联网控制系统中的连接能力，推动LED吸顶灯照明市场快速发展[2-3]。LED吸顶灯的电路保护和使用安全性尤为重要，只有在确保其安全使用的前提下，提升其使用质量，才能确保LED灯具行业保持稳定发展。

1 LED吸顶灯概述

1.1 基本特性

LED吸顶灯是一种常用灯型，通常安装在室内的顶部，因为其安装底部较平，贴近屋顶，所以被称为吸顶灯。LED吸顶灯常规外形如图1所示。

图1 LED吸顶灯常规外形示意图

LED吸顶灯具有能耗少、色度高、使用周期长、方便控制、方便检修维护、绿色环保等优点。根据LED吸顶灯尺寸的不同，其适宜安装的应用场景也不同，如直径约为200 mm的LED吸顶灯通常安装在走道、浴室等场景，而直径约为400 mm的吸顶灯，则通常安装在卧室等房间。综上所述，LED吸顶灯是贴靠或嵌入屋顶天花板上的灯具，是室内常规采用的主要照明设备，是办公室、居家、娱乐场所等多场景下的常用灯具。

1.2 LED吸顶灯的电源

LED吸顶灯的电源一般设置为2.4 G遥控调光调色，内设开路保护功能、短路保护功能、过温保护功能和过载保护功能，而且可以通过无线遥控实现功能的转换，同时带有小夜灯等个性化功能。2.4 G高频无线遥控控制可以使LED灯具有能耗低、抗干扰力强、传输性能好、适宜长距离传输、通信速率高等优点。LED吸顶灯电源分为以下三类：（1）直接使用220 V交流电通过电阻电容把电压降低后输送给LED灯珠；（2）通过变压器隔离变换方式输出较恒定电流给LED灯珠使用；（3）将稳压和恒流部分分开，先用开关隔离电源变换出稳定的低压的直流电压，再用恒流模块变换出稳定的电流，最后输送给LED灯珠使用。

2 LED吸顶灯在使用过程中产生安全问题的原因

LED吸顶灯在使用过程中的安全问题主要为火灾，因此文章重点分析LED吸顶灯在使用过程中引发火灾的原因。

2.1 灯具靠近可燃物

灯具在工作时由于能量转换会引起表面发热，当功率越大时，随着连续使用时间的增加，其温度也会越高。当灯具的表面与可燃物距离过于接近或直接接触，导致散热不良或不及时，所累积的热量可能引发灯具故障，造成火灾等安全问题。

2.2 灯具安装不符合要求

在有易燃物、易爆物等特殊危险场所使用普通灯具，这是不符合安装要求的行为，灯具与开关所产生的电弧和电火花可能会点燃空气中的易爆炸性混合气体或者可燃粉尘。同时，灯具或镇流器等易发热的元器件直接安装固定在易燃物上，持续长时间的热量累积也可能会导致火灾等安全事故的发生。

2.3 灯具质量不合格

如果买到质量不合格的灯具，这些灯具在电路设计、材料选用、安全设计上可能存在一定的问题。在灯具质量不合格或者灯管配套不合理的情况下，灯具内部的升温可能会破坏线圈的绝缘强度，造成短路，如果周围有可燃物，将可能导致火灾。

2.4 灯具附属设备故障

灯具的附属设备，如开关、灯座、挂线盒等配件发生接触不良、接头松动等故障，可能产生电火花，引起火灾或爆炸事故。

2.5 灯具线路短路

如果灯具线路没有按照具体环境和要求选择合适的绝缘导线，在高温、潮湿、酸碱等环境中容易被腐蚀，使其失去绝缘能力形成短路。另外，LED吸顶灯的电流/电压特性与其他发光二极管相似，电流受电压的影响较大，因此电压的细微变化会引起电流的巨大变动，电压即使稍微超出最大额定电压，额定电流也会显著上升，从而损坏或使LED灯发生短路现象，极易造成火灾等安全事故。

3 LED吸顶灯使用安全性的提升建议

3.1 电路安全保护

LED吸顶灯损坏的主要原因如下：

（1）供电电压突然升高；

（2）线路中某个组件或PCB或其他导线短路，导致LED供电通路局部短路，使该点电压升高；

（3）阵列式LED中，某个LED损坏而形成短路，导致其他LED电压增加；

（4）灯具内温度过高，导致LED特性变差或损坏；

（5）灯具进水导致短路；

（6）装配时LED被静电破坏。

针对上述造成LED吸顶灯损坏的主要原因，可以采取如下电路安全保护措施如下。

（1）增设LED开路保护器。当LED串中某个LED出现开路故障时，LED保护器可以给LED串提供一条分流路径，从而在LED灯串中的单个LED发生开路故障时，提供转换电子分路。因此，即使该灯串中某个LED失效，仍然可以确保整个LED阵列继续工作，从而为LED吸顶照明应用设备提供更为可靠的照明功能。LED开路保护器如图2所示。

图2 LED开路保护器

（2）设置LED吸顶灯保险丝，在提供所需的过电保护功能同时，可承受高能量浪涌，可承受更高的断流额定值和额定电压，使LED吸顶灯可以适合存在高电流负载的情况下使用。LED吸顶灯保险丝如图3所示。

图3 LED吸顶灯保险丝

3.2 安装安全提升

（1）结构安全性提升建议。相关灯具生产企业应加大投入设计和生产结构安全型LED吸顶灯。例如，通过在灯罩表层粘贴防爆贴膜，在灯罩破碎时，使得破损的灯罩仍然粘贴在一起，避免残渣散落发生伤人事故。通过灯罩下方设置透明防护网，在灯罩脱落时将其兜住，避免灯罩脱落砸伤工作人员，增加安全性能。通过在PCB基板上设置灯珠和导电插块，测试是LED环形灯管损坏还是PCB基板损坏。该方法快捷方便，可以避免人工检测电路问题时带来的安全隐患。

（2）安装注意事项。在安装灯具时，应仔细阅读和理解灯具的标记并阅读安装使用说明书，按照安装说明书的规定安装灯具，使用过程中也需要按照说明书中的使用规则使用灯具。同时，在日常使用中按说明书提供的光源参数及时更换损坏的、老旧的灯珠，若发现灯珠不亮或闪亮时，应及时更换，避免造成整流器烧坏等不安全现象。同时，在清洁检修灯具时，应注意不能随意改变灯具的结构，也不能随便更换灯具的部件。在清洁维护结束后，应按原样将灯具安装固定，不能漏装、错装灯具的零部件。

4 结束语

LED吸顶灯在使用过程中由于电线老化、电路短路等容易发生火灾安全事故，同时其外壳一般含有塑料成分，容易老化从房顶脱落掉下，对人员身体造成伤害。文章主要对LED使用过程中容易造成的安全隐患进行了综合分析，并针对性地提出了解决措施和建议，为LED吸顶灯安全性能的提升提供了一定的参考。