CN204634080U - 将led光源与电浪涌隔离的系统以及包括该系统的光源 - Google Patents

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Abstract

本申请描述了将LED光源与电浪涌隔离的系统以及包括该系统的光源，LED光源包括外壳(614)以容纳LED驱动器(616)来驱动装有LED(620)的PCB(618)，PCB和LED被连接到散热器(622)上，系统包括加固隔离构件(624，628)，加固隔离构件(624，628)被设置在从用于向LED驱动器(616)供电的主电源(626)到地面的电通路内，从而将光源与地面隔离，这与简单地将光源接地截然相反。

Description

将LED光源与电浪涌隔离的系统以及包括该系统的光源
技术领域
本实用新型涉及一种将发光二极管(light-emitting diode，LED)光源与电浪涌(并且尤其是由闪电电击或者高压线路上的故障生成的浪涌)隔离并保护LED光源免受电浪涌损坏的方法和系统。
背景技术
基于LED的光源主要由于其固有的高效率和低功耗而被大众广为接受。然而，这些光源使用的精密电子元件对于高压浪涌的灵敏度远高于更加传统的电灯技术。
按照惯例，通过使用不同方式实施的闪电保护电路或设备来保护光源免受高压浪涌的损坏。
在由地上的闪电电击或者高压线路上的故障生成的异常条件下，电流能够流经大地并且在彼此相聚几百米的接地之间生成很高的电势差。此外，流经闪电电击的高密度电流通过感应耦合能够在光源的供电电缆上生成相对较高的共模电压。在闪电电击或者电力线路故障时可以使用能够具有非常不同的电势的不同接地点。
在差模下还能够生成浪涌。尤其是，在感应电击期间连接线的失衡或者在瞬变期间供电线路上传播的过电压能够引起浪涌。通常，通过设置在电源的两条线之间的适当的浪涌放电器(例如，气体放电管、金属氧化物变阻器、半导体瞬变抑制器等等)能够对该模式进行保护。在以合适的方式被连接而为闪电电击提供明确的通路，从而避免对器材造成任何破坏，这样的元件则允许提供有效保护。
因此，如上所述，多种机构能够产生高压电击，该高压电击相对于电力线 路升高了局部地面电势或者相对于局部地面升高了电力线路。在这两种情况下，这样的电势差将对光源造成一定的电气限制。
在许多情况下，电子镇流器无法作为其初级侧和次级侧之间的完美隔离器。这主要是因为绕组之间的寄生电容或甚至是通常用在镇流器内的变压器的初级侧和次级侧之间的电磁兼容(electromagnetic compatibility，EMC)电容。额外地，LED电路并未与框架完美隔离，这是因为电气安全限制要求该框架内大约1500V。该框架通常经由保护地线连接或者由导电材料制成的灯柱自身被接地。
其结果是，当主线和连接有光源主体的接地之间存在高压电势差时，能够对驱动器或者LED生成破坏电流的干扰能够出现在LED驱动器和LED自身以及外壳框架内。
接地回路是典型浪涌的关键要素。为了保护光源，要求找到增大光源的主线路和框架之间的干扰电压的水平的方式，从而为电击提供一条更短的通路以从线路和接地之间退出。一种这样的方式是从主线路到地面之间提供一条短通路，其中，可靠的保护接地(Protective Earth，PE)连接可用在光源中，所述光源也就是根据IEC 60598-1规定的I类光源。在此情况下，PE连接能够被用于为电击提供到地面的短回路。在此情况下，金属氧化物变阻器(metal oxide varistor，MOV)设备能够被使用在每条线路与PE连接之间。
在无法使用PE的情况下，有时提供功能性接地。功能性接地能够是不具有安全相关功能的接地连接，或者是经由光源的金属框架以及装有光源的金属灯柱到接地的直接连接。在此情况下，由于电气安全的要求，不允许将MOV直接连接在线路和该功能性接地之间。某些解决方案使用了额外的气体放电保护器来实现II类光源要求的正确隔离，但是在出于安全而提供足够的隔离与允许电击从线路跃至地面之间总是相悖的。
在CN-A-201589156中对一种LED路灯进行了说明，其中，在LED电灯组外的散热主体上提供了一个闪电放电器。电力输入线经由闪电放电器被连接到电灯组上，闪电放电器与闪电接地线电连接。当发生闪电电击时，电击生成的高压电流被导向闪电放电器并随后经由闪电接地线导向地面。
在CN-A-2010127625中对一种具有至少两个驱动器的闪电保护LED路灯进行了说明，每个驱动器被连接到至少一个LED上并且拥有用于吸收浪涌脉冲的保护电路。至少一个次级驱动器设置有保护电路，以使得即便闪电电击造成驱动器中的一个损坏或者LED部分熄灭，路灯仍能够工作。在此情况下，由于要求驱动器的数量加倍以保证路灯在某一闪电电击事件之后仍能够工作，所以路灯的整体成本增加了。
而且，在以上描述的两个文件中，所公开的保护电路被用于保护直接的闪电电击而没有解决与高压涌浪相关的问题，该高压涌浪由间接的闪电电击以及所导致的相关的地面电势升高所生成，或者是高压电力线路的故障条件下的结果。当大量的电力进入大地时，地面电势升高。当很大量级的电流从接地系统进入大地时，不只接地系统的电势会升高，周围土地的电势也会升高。
其缺点在于，接地的光源的电势也容易升高，从而对光源内的电气元件和电子元件造成损坏，并尤其是，对诸如根据IEC 60598-1的II类光源之类的无法使用PE保护的光源内的电气元件和电子元件造成损坏。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于基于以上考虑，提供一种将LED光源与电浪涌隔离并保护LED光源免受电浪涌损坏的有效技术方案。
根据本实用新型，提供了一种用于将LED光源与电浪涌隔离的系统，所述LED光源包括用于容纳装有LED的PCB的光源外壳、连接到所述PCB和所述LED上的散热器、连接到所述PCB上以驱动所述LED的LED驱动器以及连接到所述LED驱动器上的主电源；其中，所述系统包括加强隔离构件，所述加强隔离构件被设置在从所述光源外壳到地面的电通路内，从而将所述LED光源与地面隔离，所述隔离构件能够在存在闪电电击时经受高于电气安全所需的一般隔离要求的电压以保护所述光源。
在一个实施例中，所述加强隔离构件包括位于所述光源外壳与安装有所述光源外壳的灯柱之间的硬质材料。
在一个实施例中，所述硬质材料包括塑料。
在一个实施例中，所述硬质材料包括木材。
在一个实施例中，所述硬质材料包括至少5cm的长度。
在一个实施例中，所述加强隔离构件包括安装有所述光源外壳的隔离灯柱。
在一个实施例中，所述隔离灯柱包括纤维玻璃。
本发明的目的还在于提供一种光源，所述光源包括如上所述的系统。
在一个实施例中，光源通常为根据IEC 60598-1的II类光源。
附图说明
为了加深对本实用新型的理解，在此以示例方式参照附图，在附图中：
图1示出了可以生成浪涌的一种方式以及在电击前提下的不同地面电势的问题；
图2示出了可以生成浪涌的另一方式，也就是在差模下生成浪涌；
图3示出了浪涌导致的电流能够流动的一种可能方式，也就是电流能够流经光源的散热器并随后流经框架；
图4示出了用于通过提供到地面的短通路来保护光源的基本电路图，在这种情况下可使用可靠的PE；
图5示出了根据本实用新型的第一方面的保护光源的一种方式；
图6示出了根据本实用新型的第二方面的保护光源的另一方式；以及
图7示出了根据本实用新型的第三方面的保护光源的再一方式。
具体实施方式
关于特定实施例并参照一定附图对本实用新型进行说明，但是本实用新型并不仅限于此。所述附图仅是示意性的且不具有限制性。在附图中，出于说明的目的，某些元件的尺寸可能被放大并且并未按照比例示出。
本申请中使用的术语“I类光源”所指的光源，其电击保护不仅依赖于基本绝缘，还包括了将可触导电部件连接到装置的固定线中的保护(接地)导体上 的额外安全预防措施。由于此类连接的存在，可触导电部件在基本绝缘故障的情况下无法带电。
本申请中使用的术语“II类光源”所指的光源，其电击保护同样不仅依赖于基本绝缘，还包括额外的安全预防措施，诸如双重绝缘或者加强绝缘。这些光源并未提供基于装置条件的保护接地或者可靠性。
容易理解的是，尽管本实用新型的实施例是关于II类光源进行说明的，但是这些实施例并不仅限于II类光源。
图1示出了一个高-低压变压器外壳100的示意图，高-低压变压器外壳100被连接到多个光源110、120、130、140上以及高压电铁塔150上。如图所示，变压器、光源和高压电铁塔分别在105、115、125、135、145和155处接地。在此，每个光源如图所示被安装在一个电杆上。尽管并未示出，但是应当理解的是，所述光源彼此分隔几十米，并且每个光源可以与变压器外壳和高压电铁塔相距几百米(或甚至几千米)。类似地，电铁塔150和变压器外壳100也能够彼此分隔几百米或者几千米。如上所述，在由地面上的这种闪电电击(或者高压电力线路上的故障)造成的异常条件下，电流能够流经地面，并且在接地之间生成很高的电势差，而流经闪电电击的电流的高密度通过感应耦合在光源110、120、130、140的供电电缆(未示出)上生成相对较高的共模电压。图1中示出的不同接地105、115、125、135、145、155(也就是用于安装有光源110、120、130、140的灯柱的接地115、125、135、145，用于变压器外壳100的接地105以及用于高压电铁塔150的接地155)在电击或者电力线路故障期间能够具有非常不同的电势。
现在看图2，示出了I类光源200的示意性横截面视图。光源200包括外壳210，外壳210中安装或放置有LED驱动器220、含有多个LED元件(被示为240)的印刷电路板(printed circuit board，PCB)230、散热器或散热设备250以及窗口260。PCB 230被连接到LED驱动器220上，LED驱动器220转而被连接到电力或主电源270上。如图所示，PCB 230被安装在窗口260上方的散热器或散热设备250上，以便LED元件240生成的光能够穿透到外壳210外以 照亮关注区域或地区(未示出)。在外壳210上还设置了保护接地(PE)连接280，保护接地连接280在闪电电击条件下提供了一条到地的短通路。在差模下能够生成浪涌，浪涌是由感应电击过程中连接线的失衡或者在瞬变过程中供电线路上传播的过电压引起的。在此情况下，因为LED 240′和LED驱动器220之间的失衡而生成浪涌，电流的流动由箭头′A′给出。
通常，同样如图2中所示，如290处简单地指出的电源的两条线之间能够连接合适的浪涌放电器(例如，气体放电管、金属氧化物变阻器、半导体瞬变抑制器等等)。这样的元件在以向电击提供明确通路的方式被连接时允许提供有效保护，从而防止对光源200的外壳210内的器材造成任何破坏。
图3与图2相似，但是示出了闪电电击300造成的电流的流动。之前参照图2所述的特征具有相同的附图标记。在此情况下，闪电电击300造成的电流按照箭头′B′所示流动，从每个LED流过散热器或散热设备250的电流如箭头′C′所示。在此情况下，LED电路并未与框架或者外壳210完美隔离，这是因为电气安全限制的要求仅为大约1500V。该框架或外壳210通常经由PE连接280或者由导电材料制成的灯柱自身接地。如图3中所示，当主线与地面之间存在高压电势差时，在LED驱动器和LED自身内部以及在外壳框架中能够出现干扰，该干扰能够生成针对LED驱动器或LED的破坏电流。
图4示出了在主电源处使用PE连接。如图所示，MOV横跨主电源连接并且横跨中性线与PE连接之间的连接。PE连接为闪电电击提供了一条到地的短回路。
首先参见图5，根据一个实施例，示出的LED光源612拥有与地面隔离的电气元件。如图所示，本实用新型包括用于将LED光源612与电浪涌隔离的系统610。LED光源612包括容纳LED驱动器616以对装有LED 620的PCB 618进行驱动的外壳612。PCB 618和LED 620被连接到散热器622上以便于热传递和耗散。
系统610包括加强隔离构件624，加强隔离构件624被设置在从用于向LED驱动器616供电的主电源626到地面的电通路内。因此，本实用新型旨在将光 源612与接地隔离，这与简单地将光源612接地截然不同。
在一个实施例中，隔离层能够经受浪涌期间通常遇到的电压。典型地，这些电压的数值能够高达10kV，该数值高于电气安全所需的一般隔离要求。
在一个实施例中，加强隔离构件624包括夹在PCB 618和散热器622之间的隔离层628。这种设置的预想中的可能不足在于光源外壳614内的热传导性不足。有鉴于此，隔离层628使用的材料可以包括诸如卡普顿(KAPTON)薄膜(一种具有良好的介电特性的聚酰亚胺膜)之类的聚酰亚胺材料，该材料不仅提供了良好的隔离特性，还比较薄，以便还有利于较好的散热。KAPTON这个牌子属于美国特拉华州威明顿市的杜邦公司(通常称为DuPont)。
如图6中所示，在一个替代实施例中，用于光源700的加强隔离构件724包括位于光源外壳714和安装有外壳714的灯柱732(通常为金属)之间的绝缘垫片730。用于光源的主电源734穿过灯柱732到达LED驱动器716。因为绝缘垫片730的存在，到地面的闪电电击740对光源外壳714内的LED驱动器716和LED 740没有任何影响。
绝缘垫片730可以由任何硬质塑料甚至是木材制成以提供装饰效果。通常至少为5cm的最小长度被要求以确保电杆732与光源外壳714之间的适当空隙。
最后，参照图7，在进一步的替代实施例中，加强隔离构件824包括安装有光源800的外壳814的隔离灯柱834。隔离灯柱834可由纤维玻璃制成。如之前所述，LED驱动器816和散热器或散热设备822被安装在外壳814内，LED驱动器816被连接到主电源830上并且被连接到含有LED 840的PCB上。
有利地，在图6和7中示出的布置中，在以上参照图3所述的共模浪涌期间，整个光源电势会升高。然而，因为光源内没有电流流过，所以光源不会被损坏。
尽管参照了具体实施例对本实用新型进行了说明，但是容易理解的是，这些实施例是非限制性的，并且提供光源内的电子元件与地面的电隔离的其它实施例也是可能的。

Claims (9)

1.一种用于将LED光源(700；800)与电浪涌隔离的系统，所述电浪涌由闪电电击生成，所述LED光源(700；800)包括用于容纳装有LED(740；840)的PCB的光源外壳(714；814)、连接到所述PCB和所述LED(740；840)上的散热器(722；822)、连接到所述PCB上以驱动所述LED(740；840)的LED驱动器(716；816)以及连接到所述LED驱动器(716；816)上的主电源(734；830)；
其特征在于，所述系统包括加强隔离构件(724；824)，所述加强隔离构件(724；824)被设置在从所述光源外壳(714；814)到地面的电通路内，从而将所述LED光源(740；840)与地面隔离，所述隔离构件能够在存在闪电电击时经受高于电气安全所需的一般隔离要求的电压以保护所述光源。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加强隔离构件(724)包括位于所述光源外壳(714)与安装有所述光源外壳(714)的灯柱(732)之间的硬质材料。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述硬质材料包括塑料。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述硬质材料包括木材。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其中，所述硬质材料包括至少5cm的长度。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加强隔离构件(824)包括安装有所述光源外壳(814)的隔离灯柱(834)。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述隔离灯柱(834)包括纤维玻璃。
8.一种光源，其特征在于，所述光源包括根据权利要求1至7中任一项所述的系统。
9.根据权利要求8所述的光源，其中，所述光源包括II类光源。
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