《電子技術(shù)應用》
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關于LED路燈設計多方位探討
摘要: 目前,LED照明技術(shù)日趨成熟,大功率LED光源功效已經(jīng)達到80lm/W,城市路燈照明節(jié)能改造成為可能。LED與傳統(tǒng)的照明燈不同,它具有點光源、高亮度、窄光束輸出等特點。因此對LED新型燈具的設計人員將提出更高的要求。
Abstract:
Key words :

  隨著地球能源的不斷消耗和資源的貧乏,溫室效應對人類的危害,大氣環(huán)境對地球的嚴重污染,國際上要求節(jié)能降耗的呼聲越來越高。當今節(jié)約能源排在首位,而道路照明約占整個照明用電量的30%,與人們生產(chǎn)生活密切相關。城市鄉(xiāng)村道路將越開越多、越開越寬,需要大量各種節(jié)能燈具相配套,隨著我國城市化進程的加快,綠色、高效、節(jié)能,長壽命的LED路燈逐漸走入人們的視野。目前,LED照明技術(shù)日趨成熟,大功率 LED光源功效已經(jīng)達到 80 lm/W ,城市路燈照明節(jié)能改造成為可能。

  LED與傳統(tǒng)的照明燈不同,它具有點光源、高亮度、窄光束輸出等特點。因此對LED新型燈具的設計人員將提出更高的要求。做LED路燈首先要考慮把有限的光通量充分的利用到有效的照射范圍。路燈要求是路面照明效果,超出路面的空地不是路燈照明的方式。因此,有效的控制光線的分布范圍,使發(fā)光管發(fā)出的光成為一個長條形光帶沿路面方向鋪展,同時也要兼顧眩光的產(chǎn)生,在駕駛員觀看燈具的方位角上,燈具在80°和90°高度角方向上的光強分別不得超過30cd/1000lm和10cd/1000lm,且不管光源光通量的大小,其在90°角方向上的光強最大值不得超1000cd。因此,如果對出光角不加嚴格的控制就會產(chǎn)生強烈的眩光,某些高亮度LED產(chǎn)品甚至會對人體造成一定的光輻射危害。

  路燈照明是個系統(tǒng)工程,要做好半導體路燈首先要清楚的認識道路照明的標準及要求和常規(guī)照明燈具的配光原理,球形面光的反射器和點光源的合理配光差別之處,優(yōu)劣的互補,充分發(fā)揮LED點光源光束角的可控性優(yōu)點及冷光源長壽命的優(yōu)勢。

  半導體LED光源結(jié)構(gòu)上和光學特性上有自身的特點,因此,半導體路燈應該按照這些特點設計燈具,當今有些廠家采用傳統(tǒng)燈具外殼換個半導體的燈芯,用過渡傳導方式散熱是做不出好燈的。問題是燈體外部造型要結(jié)合發(fā)光管的散熱,而散熱是靠面積,現(xiàn)有常規(guī)照明燈具的表面積是遠遠不夠的“焦耳熱定律”是要具備良好的自然空氣對流環(huán)境。LED產(chǎn)品的工作溫度基本要控制在65℃以下(國際標準為80℃,當LED工作溫度達到85℃時,光通量將下降一半;波長變長,即紅移;超過90℃即有燒毀的危險)。發(fā)光管的安裝、科學合理的光學配光、燈體的密封等是十分重要的。同時,所設計的燈體結(jié)構(gòu)還要有利于大批量工業(yè)生產(chǎn)。

  發(fā)光管的散熱是半導體燈要重點解決好的問題。發(fā)光管是冷光源,不象氣體放電燈那樣產(chǎn)生灼熱的高溫,但是,當今LED發(fā)光管光效的局限性本身也存在熱能其自身耐溫能力有限,所以必須將發(fā)光管工作時產(chǎn)生的熱量有效的散發(fā)到空氣中去,保證發(fā)光管工作在安全的溫度下,這樣半導體燈才能真正的體現(xiàn)出長壽命的優(yōu)勢。

  LED路燈選用發(fā)光管很重要,當今一些廠家使用集成封裝10W以上單顆,組合制作路燈,存在光學配光難、易產(chǎn)生眩光、整體散熱困難等缺陷。也有用3W~5W的模塊,其發(fā)光管計每瓦光效低,也存在整體散熱問題,與單顆1W相比同等光通量下價格優(yōu)勢也不明顯。綜合考慮,選用大功率1W發(fā)光管比較合理。從目前大功率發(fā)光管的技術(shù)水平來看,1W光效比較高,用于照明節(jié)能優(yōu)勢明顯,目前選用1W做路燈光源較為合理。

  LED的光色選用也是一個值得重視的要素。在道路照明的發(fā)展中,存在著黃光和白光的使用比較。黃光就是現(xiàn)在主流的高壓鈉燈,因為它經(jīng)濟節(jié)能,同時又有著優(yōu)異的透霧性能,所以目前成為我國主流的路燈選擇。雖然如此,黃光卻也有著其先天不足:那就是色彩還原能力差。人們有這樣的感覺,在鈉燈光下,任何被照物的顏色都是偏黃而失真的。

  白光的追求目標是自然陽光。因為它有著最好的色彩表現(xiàn)能力,而陽光又是一種偏暖的白光。所以,如果能做到和日光相似的白光,同時又能兼顧到黃光的經(jīng)濟節(jié)能的優(yōu)點,那將是理想的夜間照明選擇。白光的前期是金鹵燈,盡管它擁有比黃光高幾倍以上的色彩表現(xiàn)能力,但是因為透霧性能差、有效壽命低等一些難以克服的技術(shù)問題而沒有得到大規(guī)模的應用。而LED光源制作則可彌補這一缺陷。在LED光源的色溫使用選擇上放在3500K左右較為合適,在明視覺和舒適度上符合照明要求。而且在當今LED的光效發(fā)展及性價比上是可行的,適合LED路燈的大面積推廣。

  對使用6000K以上的白光做路燈光源持有不同觀點,特別是做大功率160W以上,在快速路使用需持謹慎態(tài)度。按國家道路照明標準,快速路、主干路必須采用截光型或半截光型燈具。

  截光型燈具:燈具的最大光強方向與燈具向下垂直軸夾角在0°~65°之間,90°角和80°角方向上的光強最大允許值分別為10cd/1000lm和30cd/1000lm的燈具。且不管光源光通量的大小,其在90°角方向上的光強最大值不得超過1000cd。

  半截光型燈具:燈具的最大光強方向與燈具向下垂直軸夾角在0°~75°之間,90°角和80°角方向上的光強最大允許值分別為50cd/1000lm和100cd/1000lm的燈具。且不管光源光通量的大小,其在90°角方向上的光強最大值不得超過1000cd。

  因快速路道路長,路幅寬,車流量大,車速快,對視覺靈敏度要求高。所以在照度,色溫,道路上的亮度均勻度,眩光等指標要求高。而為了要和400W高壓鈉燈去比,一味的去要求大功率,高亮度。且當今LED不論是在光效還是在散熱成本上都有難度,性價比上推廣也難。

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