LED燈具接地保護的特殊性

張佰軍 錢劉星

上海市質量監督檢驗技術研究院，上海201114

國家電光源質量監督檢驗中心（上海），上海201114

0 引言

LED燈具的光源不同于傳統光源。除部分使用螺口燈座的LED球泡燈以及帶有標準接口的自鎮流LED模塊外，很少有普通用戶可自行更換的LED產品。通常，LED產品大都設計成非用戶替換或者不可替換型，這在一定程度上也體現了LED燈具長壽命、免維護的特點。然而，光源使用方式的變化也引出了接地保護的一些特殊情況，文章以接地連續性作為線索，展開對LED燈具的分析。

1 I類防觸電結構

GB 7000.1—2015[1]定義：“Ⅰ類燈具的防觸電保護不單單是依靠基本絕緣，還包括附加的安全措施，即易觸及的導電部件連接到固定布線的保護（接地）導體上，目的在于萬一易觸及的導電部件上基本絕緣失效，易觸及的導電部件不至于帶電。”常用的Ⅰ類結構的燈具有：路燈/隧道燈、投光燈、吸頂燈等，如圖1所示。

LED燈具通常會用鋁基板和PCB板（纖維板）作為LED光源的基材，如圖2所示。

圖1 一些常見的Ⅰ類燈具

圖2 LED光源板的基材

2 LED模塊使用的鋁基板

為得到更好的散熱，很多大功率LED燈具或長壽命LED燈具，會選擇鋁基板作為LED模塊的基材。鋁基板已被CTL（IEC標準解釋的國際組織）定義為僅能達到基本絕緣的基材[2]。根據 CTL第 DSH1086號決議書：“目前已知的MCPCB（Metal Core PCB），也就是鋁基板絕緣系統，僅僅是作為一個單獨級別的絕緣（基本絕緣或附加絕緣）”，如圖3所示。

圖3 鋁基板的絕緣特性

3 鋁基板在I類燈具中的使用

鋁基板作為一種金屬材料，僅敷設銅箔的地方有一層薄薄的絕緣，模塊的側面和底面一般都是鋁材。根據標準的定義，更換光源過程中，能夠觸及的基本絕緣金屬部件應“永久可靠”的接地。然而，如果是非用戶替換光源，光源最終要被取下，其上的接地導體也肯定會被取下，那便無法保證“永久可靠”的接地，鋁基板很有可能成為帶電部件。基于鋁基板的現實狀況，分析它在燈具中的兩種應用場景。

3.1 不可替換光源

根據標準GB 7000.1—2015[1]的定義：“除非破壞燈具或其部件，光源是不可替換和觸及帶電部件的。”目前，常見的不可替換光源大多設計成由一次性密封材料封閉的燈具部件，或拆卸即破壞的擋板。對于不可替換光源，基本是從結構判斷的。理論上認為，不可替換光源是安全的，因為操作人員只需要更換整個燈具而不需要去更換光源。所以，只要滿足不可替換光源的要求，僅對鋁基板接地就行。

3.2 非用戶替換光源

根據標準GB 7000.1—2015[1]的定義：“光源的罩蓋是使用至少兩個獨立的固定件可靠地保持在位，例如兩個螺釘，每個固定件應使用工具才能移動。”同時，在對鋁基板提供防觸電保護的罩蓋上貼上閃電符號“警告，觸電危險”，能夠避免普通用戶觸及非用戶替換光源的帶電部件，并為專業人士提供必要的提醒（閃電符號告知本腔體內有帶電部件）。然而，在更換光源的過程中，無法對鋁基板的接地提供必要的保障，在鋁基板斷開接地線的同時，會產生觸電風險。因此，有必要對非用戶替換光源結構中，腔體內載流部件的電壓進行分類討論。

（1）Ⅲ類非用戶替換光源

當燈具光源輸入電壓為不超過120 V DC的安全特低電壓（SELV）時，無需接地。燈具可使用類似于圖4的LED控制裝置。

圖4 SELV輸出的LED控制裝置

（2）Ⅰ類非用戶替換光源

當光源輸入電壓是大于120VDC的高壓或者LED控制裝置上無SELV標記的，則輸出一般為帶電部件，即使它輸出的電壓只有50V，那也只是正負極之間50V，每個極到金屬外殼（0電位）之間的“線電壓”還是高的，如圖5所示的控制裝置。因為光源本身含有帶電部件，則需要在安裝完成后，更換光源的過程中，都能保證光源鋁基板的接地良好。

燈具安裝完成后，光源鋁基板接地實現起來較為簡單，但由于燈具設計為非用戶替換光源的結構，在更換光源的過程中，如何保證鋁基板的接地則是需要重點考慮的問題。普通的連接方式為光源供電的正負極采用無螺紋端子或直接焊接在光源板上，然后通過防松螺釘提供接地連續性。但是，為了更換光源，勢必會拆卸螺釘導致接地失效，而且沒有結構上的措施保證一定先拆供電2極，再裝接地螺釘。因此，應該設計一個專用的連接器去保證接地連續性。

圖5 高壓輸出的LED控制裝置

4 總結

根據上文的論述，得出以下建設性的結論：

（1）LED燈具使用SELV輸出的控制裝置，可以使光源腔成為Ⅲ類結構，避免了接地問題；

（2）使用不可替換光源的結構，可以使光源沒有被拆卸的可能，同樣避免了接地被斷開的可能；

（3）做不到以上兩點的燈具，燈具光源板則應該特別設計一個接插件（如圖6所示），含有接地插片，且接地插片較L、N更長，能保證在更換光源的時候接地永遠是最先接通和最晚斷開的，這樣才能最大限度地保證安全。

圖6 接插件示意圖