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LED路灯设计目前面临的技巧难点

作者：原朴龙博士　　

　　输出功率及光通量、二次光学设计、散热设计和电源系统设计是LED路灯设计目前面临的技巧技巧难点。

　　1、输出功率及光通量
　　输出功率及光通量提高还需要从大功率白光LED的外延技巧、芯片工艺等基础层次进一步晋升。在二次光学设计方面，LED的辐射情势有朗伯型、侧射型、蝙蝠翼型和聚光型几种。在道路照明范畴，根据设计经验朗伯型和蝙蝠翼型比拟实用，通过二次光学设计，使得LED的光照范畴、光度曲线符合道路照明的需求。

　　目前LED在道路灯具中应用的最广泛情势重要是在灯具内，在一个几乎是平板的安装面（也是反光面）上，装上了矩阵式的LED，这种设计方法是不可能得到良好的灯具配光的。

　　目前照明用LED的最大特点是具有定向发射光的功效，由于目前功率型LED几乎都装有反射器，并且这种反射器的效率都明显高于灯具的反射器效率。另外，LED的光效检测时已经包含了自身反射器的效率。采用LED的道路灯具应尽可能地利用LED的定向发射光的特征，使道路灯具中的各个LED分辨直接把光线射向被照路面的各个区域，再利用灯具反射器的帮助配光，来实现很公平的道路灯具的综合配光。

　　应当说，道路灯具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115尺度的照度和照度均匀度请求，灯具内应包含三次配光的功效才干比拟好地实现。，而带反射器的并且具有公平的光束输出角度的LED本身就具有良好的一次配光功效。在灯具内，能按照路灯具高度及路面宽度设计各个LED的安装地位和发射光的方向就能实现良好的二次配光功效。在此类灯具中的反射器，只作为帮助的三次配光手段，来保证道路照度更好的均匀度。

　　在实际的道路照明灯具的设计中，可采用在基础设定每一个LED设射方向的条件下，把每一个LED用球形万向节固定在灯具上，当灯具应用于不同的高度和照射宽度时，可通过调剂球形万向节使每一个LED的照射方向都达到满足的成果。在断定每一个LED的功率、光束输出角度时，可根据E（lx）=I(cd)/D(m)2(光强和照度间隔平方反比定律)，分辨盘算出各LED在基础选定光束输出角度时应当具备的功率，并且可以通过调剂各LED的功率以及LED驱动电路输出给每一个LED不同的功率来使每一个LED的光输出都达到预计值。这些调剂手段都是采用LED光源的道路灯具所特有的，充分利用这些特点就能实现在满足道路路面的照度和照度均匀度的条件降落低照明功率密度,达到节能的目标。

　　2、LED路灯的散热

　　LED路灯的散热是需要重点解决的标题之一，不仅直接关系到LED实际工作时的发光效率，而且由于LED路灯亮度请求高、发热量大，并且户外这种应用环境比拟苛刻，假如散热不好会直接导致LED快速老化，稳固性下降。由于在户外应用的道路灯具，应具有必定等级的防尘防水功效（IP），良好的IP防护往往会妨碍LED的散热。解决这个相互抵触但又都得解决的两个标题是道路灯具设计时应关注的一个重要方面。在这一方面也是国内把LED利用于道路灯具中时呈现分歧格及不公平的情况最多的。国内目前应用中呈现的分歧格及不公平的情况基础有：

　　（1）对LED采用了散热器，但LED连线的接线端子及散热器的设计无法达到IP45及以上等级，无法满足GB7000.5/IEC6598-2-3 尺度的请求。

　　（2）采用普通的道路灯具外壳,在灯具出光面内用矩阵式LED,这种设计虽说能满足IP实验，但是由于灯具内的不透风会造成在工作时，灯具内腔的温度会升高到50℃~80℃，在如此高的工况下，LED的发光效率是不可能高的，同时LED的应用寿命也将大打折扣计，实际上存在明显的不公平情况。

　　（3）在灯具内采用了仪表风扇对LED及散热器进行散热，其进风口设计在灯具的下方，以避免雨水的进进，出风口设计在下射LED光源的四周。这样也能有效避免雨水的进进，另外散热器和LED（光源腔）不处于同一空腔内，这种设计如做的好，按灯具的IP实验请求，能顺利通过。这一计划，不仅解决了LED的散热标题，而且同时满足了IP等级的请求。

　　但是这种看似良好的设计，实际上存在明显的不公平情况。由于在我国尽大多数道路灯具的应用处合，空中的飞尘量是较大的，有时会达到很大（例如起沙尘暴），这类灯具在一般条件下应用一段时间后（约三个月至半年），其内部散热器的缝隙内就会塞满灰尘，使散热器后果大打折扣，最后还会使LED因工作温渡过高而应用寿命明显缩短。这一计划的不足是在于不能持久良好地应用。

　　要兼顾道路灯具中LED的散热及IP防护，较公平的设计领导思想是

　　a、在关键的散热地位，采用导热板。导热板是在金属板的内部，均布有供冷媒运动的细导管，并在细导管内充有冷媒，当导热板的某一部位受热时，细导管内的冷媒会快速运动而使热量敏捷地传导。好的导热板的热传导系数可以达到同厚度铜材板的8~12倍，虽说价格较高，但如在关键部位应用，对LED的散热将起到事半功倍的作用。

　　b、把灯具的外壳设计成散热器状。目前大部分的道路灯具外壳是铝材的，直接利用灯具外壳外面作为散热器既可以保证IP防护等级的请求，也可以得到很大的散热面积，另外，灯具外壳组成的散热器在有落尘时，可以通过自然的风雨而冲刷，从而可保证散热器工作的持续有效性。

　　3、LED路灯的电源系统

　　LED路灯的电源系统也与传统光源不同，LED所特需的恒流驱动电源，是保证其正常工作的一大基石，简略开关电源的计划常会带来LED器件的损伤。如何使紧密压缩在一起的一组LED安全、可靠地工作也是考核LED路灯的一个指标。

　　LED对驱动电路的请求是能保证恒流输出的特征，由于LED正向工作时结电压相对变更区域很小，所以保证了LED驱动电流的恒定也就基础保证了LED输出功率的恒定。对于我国电源电压供应不稳固的现状，道路灯具LED的驱动电路具有恒流输出特征是十分必要的，可保证光输出恒定并且防止LED的超功率运行。

　　要想使LED驱动电路浮现恒流特征，从驱动电路的输出端向内看，其输出内阻抗必定是高的。工作时，负载电流也同样通过这一输出内阻抗，假如驱动电路由降压、整流滤波后加直流恒流源电路或通用的开关电源加电阻电路组成，在其上必定也耗费很大的有功功率，所以此两类驱动电路在基础满足恒流输出的条件下，效率是不可能高的。准确的设计计划是采用有源电子开关电路或采用高频电流来驱动LED，采用上述两种计划可以使驱动电路在保持良好的恒流输出特征的条件下，仍具有很高的转换效率。

　　目前我国的道路灯具，基础都采用HID光源加配触发器和电感镇流器的模式，这一模式虽说存在能效较低及频闪的标题，但其可靠性是很高的。而采用电子驱动电路的LED灯具，在野外照明场合应用时，要挟其可靠性的一个重要方面是雷电感应标题。

　　众所周知，空中的闪电发射的是一广谱的无线电波，而排挤的道路灯具供电线路，是良好的接收无线。两根电源线接收的同一闪电发出的无线电波，对驱动电路来讲是属于共模干扰信号，这种共模干扰对地可达数佰伏到数千伏，很轻易击穿驱动电路内的EMC接地电容或较小的对地（对外壳）的电气间隙，造成驱动电路的损坏。