LED 燈具標準體系之研究 LED 進入照明領域，在照明領域中出現(xiàn)了各種各樣的LED 產品，比如LED 替代白熾燈、MR16、PAR燈、熒光燈的光源和一系列燈具，如裝飾燈具、道路燈具、投光燈具、嵌入式燈具和臺燈等等。在LED產品出現(xiàn)和應用的同時，用戶對LED 燈具產品的質量也提出了要求，經常有人問：LED 燈具有考核標準嗎？
　　作為一種受人矚目的新的照明產品，使用 LED 光源的燈具如何滿足應用的要求，并對其在安全、激光安全、性能和能效方面的表現(xiàn)進行科學的評價，是目前LED 燈具產品面臨的一大課題。要解決這一問題，應從了解現(xiàn)有燈具標準體系開始，明確制定燈具標準的基本原則，當以科學的眼光看清LED 燈具的特性時，我們就會了解，現(xiàn)有燈具標準已經覆蓋了LED 燈具，由于LED 燈具的一些特性，還需要對LED 燈具提出附加要求，制定LED 燈具的特殊要求標準。
　　一、我國燈具標準體系已經基本建立并在逐步完善
　　在 LED 光源尚未進入照明領域時，我國的燈具標準體系已經基本建立完成。內容涉及到燈具的電氣安全、燈具的光度測量、個別常用燈具的性能要求和電磁兼容要求 [1]，以及重要燈具另部件的技術要求。近年來，隨著國家能源政策的出臺和節(jié)能減排要求的公布，目前還正在對常用燈具的能效進行研究并制訂相應的節(jié)能要求和標準。
　　我國在制訂上述標準中基本上采用下列原則：凡是涉及人身和財產安全的安全標準都等同采用國際標準，如IEC，對光度標準和個別常用燈具的性能要求以及重要燈具另部件的技術要求根據(jù)國際標準(有CIE-國際照明委員會和IESNA-北美照明學會)和國內的具體情況制訂適合國情的標準。至于當前開展的常用燈具的節(jié)能要求—能效指標及其評價，也參考國內和國外的標準制定適合我國情況的標準[2]。
　　二、在制訂上述標準中一些基本看法和掌握原則
　　燈具是與人類活動和社會發(fā)展息息相關的一個產業(yè)，規(guī)范它的質量水準是一件涉及國計民生的重要事情，因此在以往的標準制訂過程中始終貫徹以下幾個原則
　　1.光源發(fā)光和燈具用光的兩分離原則
　　任何場合照明使用的光線都是光源發(fā)出的，而不是燈具，燈具只是為了使光發(fā)散得更好、使用上更安全方便而提供的一種設備，因此燈具的標準僅規(guī)定如何用好光源的內容，不涉及對光源本身的要求，如發(fā)光和構造等方面。
　　2.燈具命名與光源分離的原則
　　燈具是利用光源發(fā)出的光線，而光線就是為了照明服務，因此燈具的取名與標準命名的走向與光源無關，也就是說不會制訂“白熾燈投光燈具和金鹵燈投光燈具”之類的標準。
　　3.燈具標準的命名就是為了照明服務的原則
　　采用光源發(fā)出的光用來照明服務一定要通過燈具，直接在現(xiàn)場工作的各種光源也是以燈具形式出現(xiàn)的，我們稱呼的是燈具而不是光源，只是在需要說清楚時才在后面加上一句采用什么光源的補充的話，因此燈具的命名直接體現(xiàn)它的服務能力、對象和場所。
　　4.安全和性能兩分離的原則
　　燈具是電器產品，用電安全是頭等大事，況且國際上也見安全要求看成應該統(tǒng)一的內容并出現(xiàn)和實施了許多國際性、地區(qū)性或國家的基礎標準，如IEC、 CIE[3],以及歐洲、韓國以及臺灣地區(qū)等的標準。至于燈具的性能標準，大多是各國根據(jù)自己的特點和要求加以規(guī)范或制訂，沒有強制要統(tǒng)一，因此，內容上有時會差異較大。
　　5.強調在燈具標準中要用好光源的原則
　　許多光源在不同的工況條件下有不同的表現(xiàn)，有的變亮了，有的變暗了，有的會縮短壽命，如此等等。關鍵的問題是光源的性能與環(huán)境溫度有關。為了用好光源，規(guī)定燈具提供的環(huán)境是極其重要的內容。
　　三、LED 發(fā)展并應用于照明后，采用LED 為光源的一些情況
　?。ㄒ唬㎜ED 的一些表現(xiàn)和人們對它的揣測
　　（1）LED 與傳統(tǒng)光源不同的地方
　　一種怕熱的光源；
　　一種2π方向發(fā)光的光源；
　　一種光源和燈具基本不能分開的燈具。
　?。?）LED 在節(jié)能和環(huán)保上的表現(xiàn)使人們更為重視的心態(tài)和期待從發(fā)揮LED 的功效、用好LED 上與傳統(tǒng)燈具有不同的內容。
　?。?）LED 還有不少不盡如人意的地方尚未了解深和透，造成不少未知世界。讓人猜測……
　　（二）采用LED 的燈具的一些特性
　　不論是傳統(tǒng)光源燈具還是LED 燈具，其功能是相同的，都是為各類場所提供安全舒適的功能照明或五光十色的裝飾照明。燈具設計的任務是從光源出發(fā)，通過光學系統(tǒng)、電氣配件、散熱措施和機械部件和結構的良好合，形成一個既具有環(huán)境適應性、又具有良好照明性能、同時還能和諧地存在于一個環(huán)境中的照明器具。
　　LED 具有與傳統(tǒng)光源不同的特性，LED 燈具也呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)燈具不同的方面。
　　1.光學系統(tǒng)
　　燈具的光學系統(tǒng)是燈具的靈魂，其目的是根據(jù)選定光源的特性設計一套符合照明要求的燈具光學系統(tǒng)。通常燈具的光學系統(tǒng)由光源、燈座、反射器和透光罩組成。
　　與傳統(tǒng)光源燈具的光學系統(tǒng)相比，LED 燈具光學系統(tǒng)具有如下特性：
　?。?）光學系統(tǒng)一般由LED 芯片和透鏡組成LED 單元或LED 單元陣列組成，陣列有時排列在平整的鋁基板上、也可能在突起的或凹下的成型基板上，燈具使用、或不使用透光罩。
　　由于 LED 單元具有2π發(fā)光的光度特性，燈具的光度系統(tǒng)與傳統(tǒng)光源燈有很大區(qū)別。
　　制造商根據(jù)照明需求，將多個 LED 單元或數(shù)十個LED 單元組合在基板上，而這種組合是由燈具制造商完成的，所以必須控制組合后LED 單元光色的一致性，考核LED 燈具的色空間均勻度。
　?。?）由于LED 的光電特性對PN 結溫度的變化非常敏感；封裝樹脂在高溫和強光照射下會快速劣化；長期的光輻射會使熒光粉的光致轉換率逐漸降低，并導致色座標會偏移。
　　在給出 LED 燈具壽命評價方法時，應考慮溫度的影響，并在限制色偏移的條件下，考核LED 燈具的流明維持率。
　　2.電氣配件
　　LED 驅動電源是構成LED 燈具性能優(yōu)劣的關鍵要素，也是燈具選擇或設計要件之一。
　　LED 是2V—3V 的低電壓恒流源驅動，所以不象普通的白熾燈泡可以直接連接220V 的交流市電，必須要設計復雜的變換電路驅動LED。
　　LED 燈具電氣設計應考慮燈具要使用LED 特性和數(shù)量、燈具的安裝地點，以及燈具在電網中的位置來考慮電氣安全、恒流驅動、抗擾度和EMI，選擇或設計合適的LED 驅動電源。
　　LED 驅動電源的可選擇參數(shù)包括與內部元器件工作溫度相關的測溫點與溫度、驅動方式（恒壓型、恒流型、或恒壓恒流混合型）、功率因數(shù)、輸出電流和輸出電壓的穩(wěn)定性、單一功率負載或功率范圍負載、能效等級。如是獨立式安裝，外殼防護等級、防觸電類型、浪涌和雷擊防護的適宜性也是重要參數(shù)。
　　除了驅動電源本身以外，它與LED 模組的電氣連接也是LED 燈具電氣系統(tǒng)的重要組成部分，應充分考慮這些電氣連接的安全性，包括應采用標準的連接件、充分絕緣、防觸電保護等，特別應注意的是，由于可能存在多路連接，未來保證安裝和維護是電氣連接的正確可靠，應對連接件進行識別，如電源極性標記等。
　　3.散熱措施
　　與傳統(tǒng)光源燈具一樣，LED 燈具也是會發(fā)熱的，LED 燈具的熱來自LED 光電轉換中的損耗以及LED驅動電源。
　　傳統(tǒng)電光源按發(fā)光原理分為典型白熾燈的熱幅射光源和熒光燈等的氣體放電光源兩大類，前者是利用物體加熱時輻射發(fā)光的原理做成的光源，而后者是在高溫和電場雙重作用下，直接激發(fā)形成分子發(fā)光，兩者的發(fā)光過程都需要熱，同時，產生的熱與發(fā)出的光一起向周圍輻射。
　　LED 的發(fā)光原理是在外加電能量作用下，芯片中PN 結電子和空穴的輻射復合發(fā)生電致發(fā)光，由于轉換效率的問題，最終大概只有30％的輸入電能轉化為光能，其余70％的能量主要以非輻射復合發(fā)生的點陣振動的形式轉化熱能。需要說明是LED 發(fā)光過程中產生的熱并不是LED 達到標稱工作狀態(tài)所需要的，相反，LED 亮度輸出與溫度成反比，而且熱傳遞的方式不是輻射而是傳導。
　　從 LED 發(fā)光原理和熱傳遞特性考慮，與傳統(tǒng)燈具有很大不同的熱管理是LED 燈具散熱設計的重要任務，其目標有效地將LED 芯片的熱有效地傳導出去，并有效地控制燈具的微環(huán)境，將LED 結溫控制在可接受的范圍內。
　　LED 結溫是燈具光電性能的關鍵，但由于燈具中LED 結溫測量比較困難，可行的評價方法是測量與LED 結溫相關的燈具上點的溫度，如焊點、基座、燈具外殼等。通過控制這些LED 結溫相關點的溫度來控制LED 結溫。制造商需確定其燈具產品的LED 結溫相關的溫度控制點和溫度，如LED 模塊的焊點、基座、燈具外殼等等，制造商確定的這些參數(shù)應以產品信息的方式隨燈具提供。
　　除了 LED 以外，LED 燈具中的驅動電源也是發(fā)熱部件，為了保證具有與LED 光源協(xié)調的壽命，LED驅動電源的熱控制也非常重要，燈具應選用具有相應溫度適宜性的LED 驅動電源，如果采用內裝的驅動電源，燈具應根據(jù)其內環(huán)境溫度選擇標有相應tc 的驅動電源。選擇獨立安裝的驅動電源，則應根據(jù)安裝地可能的環(huán)境溫度選擇具有相應的tc 的電源。
　　4.機械部件和結構
　　機械的作用是通過結構設計把燈具的光學系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和熱系統(tǒng)的位置和相互關系確定下來，使燈具得以在設定的環(huán)境中固定并安全的使用。
　　傳統(tǒng)燈具的機械系統(tǒng)由固定光源、反射器、燈的控制裝置等部件的結構、軟纜或軟線的走線結構、密封結構、機械防護結構、燈具固定結構和燈具調節(jié)結構等部分構成，具體由燈座或光源連接器、燈座安裝支架、軟線固定架、接線端子座、載線座、密封圈、外殼、燈罩、調節(jié)手柄和燈具安裝架等組成。
　　由于 LED 光源的特性，LED 光源有LED 模組、自鎮(zhèn)流LED 模組和帶有燈頭自鎮(zhèn)流LED 模組等幾種形式，除了最后一種形式以外，其他兩種LED 模組不帶有燈頭，相應的LED 燈具中沒有傳統(tǒng)的燈座，而是采用連接件。
　　5.LED 燈具的光生物安全性
　　LED 是窄光束、高亮度的發(fā)光器件。隨著在LED 的功效不斷增大，亮度不斷提高，尤其是在大功率白光LED 出現(xiàn)后，LED 光輻射對人體的危害已經引起各方面的廣泛關注。過去的LED 出射光不會對人體造成危害的時代也一去不復返了。LED 和其它光源一樣，LED 的光輻射理論上也能對人體造成危害。傷害主要發(fā)生在人的眼睛和皮膚，如皮膚和眼睛的光化學危害、眼睛的近紫外危害、視網膜藍光光化學危害、視網膜無晶狀體光化學危害、視網膜熱危害和皮膚熱危害等，而兩者之中更容易受到傷害的是眼睛。
　　由于 LED 出身于半導體行業(yè)，一直以來，LED 的光生物安全問題都是按照IEC 60825-1。LED 的寬光譜和擴散光束輸出特性與激光存在顯著的不同，這明顯不能夠完全滿足LED 產業(yè)的發(fā)展需求。在2002 年CIE 發(fā)布了CIE S 009/E:2002《燈和等系統(tǒng)的光生物安全性》，2006 年IEC 組織制定了等同采用CIE009/E:2002 的IEC 62471:2006《燈和等系統(tǒng)的光生物安全性》，我國也于2006 年發(fā)布了等同采用CIE009/E:2002 的國家標準GB/T20145-2006《燈和等系統(tǒng)的光生物安全性》。此標準的評估對象為燈和燈系統(tǒng)，對所有非相干寬帶電光源，也包括發(fā)光二極管（LED）但不包括激光，在200nm 到3000nm 波長范圍的光學輻射的光生物危害進行評估。目前許多歐洲國家已經開始使用IEC 62471 標準進行LED 燈具的光生物安全性評估。此標準適合用來評價LED 燈具的光生物安全性。最新的CTL 提案（PDSH0748）中涉及到LED光生物安全的標準已經改為IEC 62471。LED 燈具的光生物安蚯蚓養(yǎng)殖全已經具有評價標準，即GB/T 20145-2006/IEC 62471:2006《燈和等系統(tǒng)的光生物安全性》。目前，從技術上講，LED 燈具的光生物安全性標準已經制定完成，可以使用。
　　四、LED 燈具的標準應納入燈具標準的渠道
　?。ㄒ唬┠壳?LED 燈具標準的現(xiàn)狀
　　正因為對LED 的認識水平不一，正因為對國外還沒有比較完整的標準可供參考，正因為國內各地對LED的期盼熱情十分高漲，目前已出現(xiàn)了不少類似標準[4]。其實，目前已有的燈具國家標準都適用于LED 燈具，包括安全、性能、電磁兼容和能效等，只是LED燈具的一些已知的特性在現(xiàn)有標準中尚無具體體現(xiàn)，所以應在現(xiàn)有標準的基礎上，為保證LED 燈具具有良好的性能和能效，針對LED 燈具的特性，制定LED 燈具特殊的性能和能效標準。
　　標準不在于多，而在于能被廣泛應用，從而形成科學的統(tǒng)一的技術評價平臺，為技術和貿易服務。當我們考慮制定的LED 燈具性能標準時，應堅持制定燈具標準的原則，研究如何保證燈具用好LED 光源、如何滿足各類場合照明的需求、如何滿足中國國情的需要。