20世纪５０年代，英国科学家在实验里发明了第一个ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）发光二极管，在其后的年代里，每隔十年，ＬＥＤ技术就有一个新的突破，科学技术的力量将ＬＥＤ推上一个新的舞台。把它从实验室推到仪表指示灯，又从指示灯跨到照明领域，其发展速度之快是空前绝后的，灼灼逼人的姿态大有取代常规照明的气势。

ＬＥＤ为什么颇受照明界青睐，得到如此关注？其主要原因是它特有的优点所致－节能、高效、环保、寿命长、适用性好等。

但是，任何事物都是一分为二的，ＬＥＤ具有无比的优点，也是有不足之处，实践是检验ＬＥＤ性能的标准。近年来，竣工了很多ＬＥＤ照明工程，在工程应用上发现一些问题，主要问题如下：

（1）照明回路中，ＬＥＤ灯数量多，不易合闸。

（2）照明线路较长，ＬＥＤ灯发光不稳定，有频闪现象。

（3）灯具寿命标称１０万小时这种说法不妥。

既然发现了问题，就要解决问题，解决问题，就要找出问题的原因。要弄清以上问题的原因，首先要了解ＬＥＤ的特性，下面针对以上问题进行分析。

1 ＬＥＤ具有半导体二极管的特征

ＬＥＤ实际上是发光二极管，它是半导体二极管的一种。ＬＥＤ是由Ｐ型半导体和Ｎ型半导体晶体组成，它们之间形成一个ＰＮ结。

当给ＬＥＤ加上正向电压后，从Ｐ区注入到Ｎ区的空穴和由Ｎ区注入到Ｐ区的电子，在ＰＮ结附近分别与Ｎ区的电子和Ｐ区的空穴复合，复核过程中，电子释放能量，在数μｍ范围内激发出荧光，把电能转换成了光能。

电子和空穴复合时释放出能量，释放出能量的多少，决定了ＬＥＤ发光的波长，能量释放越多，光的波长越短，不同的波长呈现出不同的颜色。

1.1 ＬＥＤ具有半导体二极管的伏安特性

（１）正向特性

在ＬＥＤ灯ＰＮ结上加上正向直流电压Ｖｆ，电压由０Ｖ逐步增大，即电压０＜Ｖｆ＜Ｖｓ时，正向电压小于触发电流，即外电场电动势不足以克服ＰＮ结的内电动势时，正向电流为零，不发光。

当Ｖｆ≥Ｖｓ时，外电场电场增大，内电场电场相对减弱，产生正向电流Ｉｆ，电流随着电压升高而增大，其电流极限参数范围内流过ＬＥＤ的电流越大，它的发光亮度越高。但是，当电压达到一定值Ｖｔｈ时，电流不再增大。

这个过程中，温度随着电流值的增大也增高。当外加电压超过ＬＥＤ额定电压或超过允许最大的正向直流电流值时，Ｐ－Ｎ结就被烧坏。不同颜色的ＬＥＤ灯，额定电压不同，白色３．０～３．３Ｖ；红色１．８～２．２Ｖ；蓝色３．０～３．２Ｖ；绿色２．９～３．１Ｖ；黄色１．８～２．０Ｖ.

一般ＬＥＤ工作电流选择应不大于０．６ＩＦ。普通的ＬＥＤ电流一般为２０ｍＡ，大功率的ＬＥＤ电流一般为４０ｍＡ～３５０ｍＡ.

（２）反向特性

在ＬＥＤ灯ＰＮ结上加上反向直流电压，当ＶＢＲ＜Ｖ＜０时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，反向电流趋于饱和。

　当ＰＮ结的反向电压增加到一定数值时（ＶＤ≤ＶＢＲ），反向电流突然快速增加，超过此值发光二极管可能被击穿损坏。此现象称为ＰＮ结的反向击穿。

1.２ 温度特性

ＬＥＤ灯在正常工作环境温度范围内，温度越高，亮度越小，低于或高于此温度范围，ＬＥＤ灯将不能有效工作，效率会大大降低。在生产工艺中，ＬＥＤ芯片很脆弱，焊接温度要求在２５０℃以下，时间控制在３～５s之间。否则，ＬＥＤ芯片就被烧毁。

2 ＬＥＤ灯具

（1）额定电压

一般ＬＥＤ灯具额定电压为１２Ｖ和２４Ｖ。１２Ｖ白色ＬＥＤ灯具的光源由三颗ＬＥＤ灯串接为一组。２４Ｖ白色ＬＥＤ灯具是由６颗ＬＥＤ串接为一组。为了能有效控制电路中的电流，使电压平稳，须在电路中配置限流电阻，同时，使各并联支路的亮度趋于均匀。

（2）额定功率

根据照明要求，生产出不同功率的灯具，灯具的功率的大小，是由并联的ＬＥＤ灯串决定，将数组ＬＥＤ灯串并联，构成灯具的额定功率，并联的灯串越多，功率越大。

（3） 开关电源

ＬＥＤ灯工作电流为直流，只有 直流电源才能驱动ＬＥＤ点亮，保证ＬＥＤ发光的连续性，然而，电力系统供照明电源为交流２２０Ｖ，因此，要想点亮ＬＥＤ灯具，必须将２２０Ｖ交流电变为１２Ｖ或２４Ｖ直流电，这样ＬＥＤ灯具须有一个开关电源供电，无论是球状ＬＥＤ灯，还是其它形ＬＥＤ灯，都离不开开关电源，只不过是开关电源大小、形状、安装位置而异。所以，开关电源是ＬＥＤ灯具不可分割的附件。

开关电源种类很多，有恒流式，稳压式，脉宽调制式（ＰＷＭ）……，综合比较，脉宽调制式是比较理想的ＬＥＤ电源。

（4）ＬＥＤ灯具的功率因数

ＬＥＤ灯本身不存在功率因数的问题，只是含有开关电源后，才导出功率因数概念。组成开关电源的电路将交流２２０Ｖ电，整流为直流１２Ｖ或２４Ｖ电，经过降压、整流、稳压的全过程，这个过程中，线路中的电感、电容元件进行了一系列的能量的变换，由于电压、电流的相位差，有功率角的存在，反映出有用功、无用功和视在功率功率的值。用功率因数来表达有用功、无用功、视在功率之间的关系，体现灯具效率的高低。目前，由于生产成本问题，大多开关电源的功率因数比较低，一般在０．７５左右，只有采用了ＰＦＣ功率因数校正技术的开关电源，才能有较高的功率因数，最高可达到０．９９。

（5）高次谐波

开关电源电路的整流二极管电流是非线性的，电路中含有多个电感、电容元件，线路的结构具备了产生高次谐波的因素，电容器对谐波电流起了放大作用，可放大２至５倍，感应线圈和电容器回路的Ｒ－Ｃ电路容易产生谐振，电流谐振时，高次谐波电流会放大很多倍，甚至数十倍。

3 问题分析

（1）照明回路中，ＬＥＤ灯数量多，不易合闸。

根据《低压配电设计规范》ＧＢ　５００５４－９５第４．３．４条，照明回路过电流保护应当遵守以下规定：

ＩＢ≤Ｉｎ≤Ｉｚ　Ｉ２≤１．４５Ｉｚ

式中，ＩＢ—线路计算负载电流（Ａ）；

Ｉｎ—熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流（Ａ）；

Ｉｚ—导体允许持续载流量（Ａ）：

Ｉ２—保证保护电器可靠动作的电流（Ａ）。当保护电器为 低压断路器时，Ｉ２为约定时间内的约定动作电流；当为熔断器时，人为约定时间内的约定熔断电流。

照明回路一般选择Ｃ曲线型断路器，Ｃ曲线脱扣电流为（５～１０）Ｉｎ，在室内照明设计中，每个回路不超过２５个灯具，这种情况下，不易出现合不上闸的问题，但在室外夜景照明中，ＬＥＤ灯选用数十个或上百个ＬＥＤ灯时，就会出现合不上闸的问题。

通过以上对ＬＥＤ具的分析，原因如下：

其一，一般照明回路里，开关整定电流小于或等于计算电流的１．４５倍，室内照明回路中，ＬＥＤ灯数量少，回路中高次谐波电流和基波电流叠加成的电流不足超过断路器瞬间合闸电流的保护值。但是，在外景照明回路中，ＬＥＤ灯较多，开关电源产生电流的高次谐波之和较大，高次谐波电流和基波电流叠加后的电流值，大于５～１０倍的计算电流值。

其二，一般照明回路里，负载的功率因数ＣＯＳ?值取０．９，但在ＬＥＤ灯的回路里，ＣＯＳφ值达不到０．９，如果按０．９计算，计算电流小于实际电流。

综上所述，ＬＥＤ回路中，实际电流要大于计算电流，就出现不能合闸的现象。

如何避免这个问题呢？根据实际情况，可选择以下方法：

1）选用功率因数高、高次谐波含量少的开关电源。

2）减少照明回路ＬＥＤ等的数量。

3）分段控制、分步启动。

4）选用Ｄ型曲线的断路器。

5）适当增大断路器整定值。　　

（2）照明线路较长，ＬＥＤ灯发光不稳定，有频闪现象。

在电路中，只要有负载，就会产生电压降，线路越长，线路本身的电阻值也越大，电压降也越大。从ＬＥＤ灯伏安特性曲线可看出，使ＬＥＤ灯点亮的触发电压是一个恒定值，低于其值ＬＥＤ灯就点不亮；如果高于导通电压值而低于额定电压时，在这个中间值时，ＬＥＤ灯虽可以点亮，但不能有效工作，会出现闪烁现象。

另外，ＬＥＤ灯的开关电源虽然有稳压的功能，但是对电压调节范围是有限的，如果照明回路电压偏离ＬＥＤ灯的额定电压，开关电源调压幅度达不到要求时，ＬＥＤ灯就不能正常工作，也会出现频闪现象。

其次，ＬＥＤ灯开关电源整流质量也影响ＬＥＤ灯具的工作状态，开关电源电路为整流波形不平滑，ＬＥＤ灯也会出现闪烁现象。

解决ＬＥＤ灯频闪现象办法有：

1）加大电缆、导线截面，降低电压降。

２）选用稳压功能好的开关电源。

（3）灯具寿命

灯具寿命是一个总体概念，它包括三部分，一部分是光源部分，另一部分是开关电源部分，第三是灯具部分，三部分合起来称其灯具的寿命。光源部分比起开关电源部分寿命长，理论计算１０万小时是可能的，但它的寿命不应当按其熄灭时算起，如果发光强度将至５０％，应当是寿终正寝了。

开关电源是一个直流稳压线路，构成线路的元器件中，元器件的寿命也是致命的一条，特别是电解电容，它是最容易损坏的，内部温度升每升高１０℃，寿命就减少５０％。

灯具部分，根据当前使用情况，一些灯具存在漏水情况，由于漏水，造成电路短路，使灯具烧坏。另外，由于灯体过于密集，电光转换时的余热不能很好地得到疏散，使整个灯具效率降低。

解决办法：

１）开关电源选择该质量的元器件，提高技术水平。

２）提高灯具的防护能力，同时提高散热能力。