LED路燈設(shè)計目前面臨的技術(shù)難點

　　輸出功率及光通量、二次光學(xué)設(shè)計、散熱設(shè)計和電源系統(tǒng)設(shè)計是LED路燈設(shè)計目前面臨的技術(shù)技術(shù)難點。

　　1、輸出功率及光通量

　　輸出功率及光通量提高還需要從大功率白光LED的外延技術(shù)、芯片工藝等基礎(chǔ)層次進(jìn)一步提升。在二次光學(xué)設(shè)計方面，LED的輻射形式有朗伯型、側(cè)射型、蝙蝠翼型和聚光型幾種。在道路照明領(lǐng)域，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過二次光學(xué)設(shè)計，使得LED的光照范圍、光度曲線符合道路照明的需求。

　　目前LED在道路燈具中使用的最普遍形式主要是在燈具內(nèi)，在一個幾乎是平板的安裝面（也是反光面）上，裝上了矩陣式的LED,這種設(shè)計方式是不可能得到良好的燈具配光的。

　　目前照明用LED的最大特點是具有定向發(fā)射光的功能，因為目前功率型LED幾乎都裝有反射器，并且這種反射器的效率都明顯高于燈具的反射器效率。另外，LED的光效檢測時已經(jīng)包括了自身反射器的效率。采用LED的道路燈具應(yīng)盡可能地利用LED的定向發(fā)射光的特性，使道路燈具中的各個LED分別直接把光線射向被照路面的各個區(qū)域，再利用燈具反射器的輔助配光，來實現(xiàn)很合理的道路燈具的綜合配光。

　　應(yīng)該說，道路燈具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115標(biāo)準(zhǔn)的照度和照度均勻度要求，燈具內(nèi)應(yīng)包含三次配光的功能才能比較好地實現(xiàn)。，而帶反射器的并且具有合理的光束輸出角度的LED本身就具有良好的一次配光功能。在燈具內(nèi)，能按照路燈具高度及路面寬度設(shè)計各個LED的安裝位置和發(fā)射光的方向就能實現(xiàn)良好的二次配光功能。在此類燈具中的反射器，只作為輔助的三次配光手段，來保證道路照度更好的均勻度。

　　在實際的道路照明燈具的設(shè)計中，可采用在基本設(shè)定每一個LED設(shè)射方向的前提下，把每一個LED用球形萬向節(jié)固定在燈具上，當(dāng)燈具使用于不同的高度和照射寬度時，可通過調(diào)整球形萬向節(jié)使每一個LED的照射方向都達(dá)到滿意的結(jié)果。在確定每一個LED的功率、光束輸出角度時，可根據(jù)E（lx）=I（cd）/D（m）2（光強和照度距離平方反比定律），分別計算出各LED在基本選定光束輸出角度時應(yīng)該具備的功率，并且可以通過調(diào)整各LED的功率以及LED驅(qū)動電路輸出給每一個LED不同的功率來使每一個LED的光輸出都達(dá)到預(yù)計值。這些調(diào)整手段都是采用LED光源的道路燈具所特有的，充分利用這些特點就能實現(xiàn)在滿足道路路面的照度和照度均勻度的前提下降低照明功率密度，達(dá)到節(jié)能的目的。

　　2、LED路燈的散熱

　　LED路燈的散熱是需要重點解決的問題之一，不僅直接關(guān)系到LED實際工作時的發(fā)光效率，而且由于LED路燈亮度要求高、發(fā)熱量大，并且戶外這種使用環(huán)境比較苛刻，如果散熱不好會直接導(dǎo)致LED快速老化，穩(wěn)定性降低。因為在戶外使用的道路燈具，應(yīng)具有一定等級的防塵防水功能（IP），良好的IP防護(hù)往往會妨礙LED的散熱。解決這個相互矛盾但又都得解決的兩個問題是道路燈具設(shè)計時應(yīng)關(guān)注的一個重要方面。在這一方面也是國內(nèi)把LED應(yīng)用于道路燈具中時出現(xiàn)不合格及不合理的情況最多的。國內(nèi)目前使用中出現(xiàn)的不合格及不合理的情況基本有：

　　（1）對LED采用了散熱器，但LED連線的接線端子及散熱器的設(shè)計無法達(dá)到IP45及以上等級，無法滿足GB7000.5/IEC6598-2-3 標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　（2）采用普通的道路燈具外殼，在燈具出光面內(nèi)用矩陣式LED,這種設(shè)計雖說能滿足IP試驗，但是由于燈具內(nèi)的不通風(fēng)會造成在工作時，燈具內(nèi)腔的溫度會升高到50℃~80℃，在如此高的工況下，LED的發(fā)光效率是不可能高的，同時LED的使用壽命也將大打折扣計，實際上存在明顯的不合理情況。

　　（3）在燈具內(nèi)采用了儀表風(fēng)扇對LED及散熱器進(jìn)行散熱，其進(jìn)風(fēng)口設(shè)計在燈具的下方，以避免雨水的進(jìn)入，出風(fēng)口設(shè)計在下射LED光源的四周。這樣也能有效避免雨水的進(jìn)入，另外散熱器和LED（光源腔）不處于同一空腔內(nèi)，這種設(shè)計如做的好，按燈具的IP試驗要求，能順利通過。這一方案，不僅解決了LED的散熱問題，而且同時滿足了IP等級的要求。

　　但是這種看似良好的設(shè)計，實際上存在明顯的不合理情況。因為在我國絕大多數(shù)道路燈具的使用場合，空中的飛塵量是較大的，有時會達(dá)到很大（例如起沙塵暴），這類燈具在一般條件下使用一段時間后（約三個月至半年），其內(nèi)部散熱器的縫隙內(nèi)就會塞滿灰塵，使散熱器效果大打折扣，最后還會使LED因工作溫度過高而使用壽命明顯縮短。這一方案的不足是在于不能持久良好地使用。

　　要兼顧道路燈具中LED的散熱及IP防護(hù)，較合理的設(shè)計指導(dǎo)思想是

　　a、在關(guān)鍵的散熱位置，采用導(dǎo)熱板。導(dǎo)熱板是在金屬板的內(nèi)部，均布有供冷媒流動的細(xì)導(dǎo)管，并在細(xì)導(dǎo)管內(nèi)充有冷媒，當(dāng)導(dǎo)熱板的某一部位受熱時，細(xì)導(dǎo)管內(nèi)的冷媒會快速流動而使熱量迅速地傳導(dǎo)。好的導(dǎo)熱板的熱傳導(dǎo)系數(shù)可以達(dá)到同厚度銅材板的8~12倍，雖說價格較高，但如在關(guān)鍵部位使用，對LED的散熱將起到事半功倍的作用。

　　b、把燈具的外殼設(shè)計成散熱器狀。目前大部分的道路燈具外殼是鋁材的，直接利用燈具外殼外面作為散熱器既可以保證IP防護(hù)等級的要求，也可以得到很大的散熱面積，另外，燈具外殼組成的散熱器在有落塵時，可以通過自然的風(fēng)雨而沖洗，從而可保證散熱器工作的持續(xù)有效性。

　　3、LED路燈的電源系統(tǒng)

　　LED路燈的電源系統(tǒng)也與傳統(tǒng)光源不同，LED所特需的恒流驅(qū)動電源，是保證其正常工作的一大基石，簡單開關(guān)電源的方案常會帶來LED器件的損傷。如何使緊密壓縮在一起的一組LED安全、可靠地工作也是考察LED路燈的一個指標(biāo)。

　　LED對驅(qū)動電路的要求是能保證恒流輸出的特性，因為LED正向工作時結(jié)電壓相對變化區(qū)域很小，所以保證了LED驅(qū)動電流的恒定也就基本保證了LED輸出功率的恒定。對于我國電源電壓供應(yīng)不穩(wěn)定的現(xiàn)狀，道路燈具LED的驅(qū)動電路具有恒流輸出特性是十分必要的，可保證光輸出恒定并且防止LED的超功率運行。

　　要想使LED驅(qū)動電路呈現(xiàn)恒流特性，從驅(qū)動電路的輸出端向內(nèi)看，其輸出內(nèi)阻抗一定是高的。工作時，負(fù)載電流也同樣通過這一輸出內(nèi)阻抗，如果驅(qū)動電路由降壓、整流濾波后加直流恒流源電路或通用的開關(guān)電源加電阻電路組成，在其上必定也消耗很大的有功功率，所以此兩類驅(qū)動電路在基本滿足恒流輸出的前提下，效率是不可能高的。正確的設(shè)計方案是采用有源電子開關(guān)電路或采用高頻電流來驅(qū)動LED,采用上述兩種方案可以使驅(qū)動電路在保持良好的恒流輸出特性的前提下，仍具有很高的轉(zhuǎn)換效率。

　　目前我國的道路燈具，基本都采用HID光源加配觸發(fā)器和電感鎮(zhèn)流器的模式，這一模式雖說存在能效較低及頻閃的問題，但其可靠性是很高的。而采用電子驅(qū)動電路的LED燈具，在野外照明場合使用時，威脅其可靠性的一個重要方面是雷電感應(yīng)問題。

　　眾所周知，空中的閃電發(fā)射的是一廣譜的無線電波，而架空的道路燈具供電線路，是良好的接受無線。兩根電源線接收的同一閃電發(fā)出的無線電波，對驅(qū)動電路來講是屬于共模干擾信號，這種共模干擾對地可達(dá)數(shù)佰伏到數(shù)千伏，很容易擊穿驅(qū)動電路內(nèi)的EMC接地電容或較小的對地（對外殼）的電氣間隙，造成驅(qū)動電路的損壞。