大功率LED道路照明光源的調(diào)光方案

前言

　　商品化的、發(fā)光效率大于100 lm/W 的照明級(jí)高亮度白光LED（HBW-LED，以下簡(jiǎn)稱為LED）技術(shù)的飛速發(fā)展，為第四代照明帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇，是一種具有廣泛應(yīng)用前景、性能優(yōu)良的道路照明光源。

　　雖然如此，應(yīng)該看到在實(shí)際使用中，人們不僅對(duì)道路照明的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、照明舒適度以及照明節(jié)能的要求越來(lái)越高，而且對(duì)品種豐富多樣、功率越來(lái)越大的LED 道路照明光源的光輸出特性要求也不同。主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

　　●道路照明光環(huán)境的多樣性，即從單一照明時(shí)段滿光輸出到根據(jù)需求不同時(shí)段的可變光的輸出；

　　●道路照明節(jié)能的要求，即整個(gè)照明時(shí)段從全功率照明到某些時(shí)段的降功率照明，這樣既可以滿足道路安全的要求，又可以節(jié)約大量的能源。

　　因此，針對(duì)上述兩點(diǎn)，需要對(duì)不同照明模式下LED道路照明光源的調(diào)光方案進(jìn)行專門研究。

　　1 發(fā)光二極管道路燈具的調(diào)光特性分析

　　無(wú)論是從當(dāng)前道路照明的角度出發(fā)還是從節(jié)能方面的考量，LED 道路照明的調(diào)光需求都是合理且必要的。由于LED 器件自身固有的特性，調(diào)光不僅造成光輸出量減少的單一變化，而且會(huì)帶來(lái)一系列相關(guān)聯(lián)的特性改變。主要的相互關(guān)聯(lián)有：LED 芯片的發(fā)熱溫升、出光效率、使用壽命的變化，以及照明光源的光輸出特性、道路的照明效果、驅(qū)動(dòng)器工作特性、壽命變化等等一系列的問(wèn)題。

　　1.1 LED 道路照明光源的調(diào)光模式

　　從實(shí)際使用的角度來(lái)看，LED 道路照明光源的調(diào)光模式主要分為有級(jí)型和無(wú)級(jí)型兩大類，具體的分析如下：

　　1.1.1 LED 的有級(jí)型調(diào)光模式

　　LED 的有級(jí)型調(diào)光是最常見(jiàn)的，也是最簡(jiǎn)單、使用最方便的調(diào)光方式。

　　鑒于單片封裝LED功率的相對(duì)較小及光源整體散熱的限制，LED 道路照明光源一般均采用多單元的陣列結(jié)構(gòu)。每一個(gè)LED 單元都具有獨(dú)立的配光特性，采用在驅(qū)動(dòng)器的輸出制式配合下，單元分組調(diào)光這種最簡(jiǎn)單的形式或者借鑒傳統(tǒng)道路照明調(diào)光方式的路燈間隔照明的減光方式。不僅如此，依據(jù)LED 道路照明光源調(diào)光對(duì)其光輸出特性的影響，又可以細(xì)分為以下幾種：

　　1.1.1.1 LED 單元的均勻分組調(diào)光

　　對(duì)于具有滿足道路照明要求光輸出特性的LED單元，其均勻分組調(diào)光只改變道路照明光源光輸出強(qiáng)度的大小，幾乎不改變其光輸出的特性，可以獲得調(diào)光前后一致的整體光輸出特性，是一種較為優(yōu)良的調(diào)光方式。在驅(qū)動(dòng)器的配合下，可以實(shí)現(xiàn)多檔調(diào)光。

　　圖1 給出了在同一道路照明光源內(nèi)多單元LED（在采用透鏡配光的、單一的LED 單元就能夠滿足配光特性要求的前提下）的調(diào)光原理a 及光源內(nèi)LED 單元均勻分組排列的結(jié)構(gòu)示意b（一種樣式）。由此可以得出，調(diào)光前后的對(duì)比只是改變光源光強(qiáng)輸出的大小，而不改變本身的配光特性，因此調(diào)光的效果是比較理想的，但是調(diào)節(jié)明暗的平滑度稍差，不能隨意地調(diào)節(jié)。

　　1.1.1.2 LED 單元的非均勻分組調(diào)光

　　同一道路照明光源內(nèi)LED 單元的非均勻分組調(diào)光，主要是每個(gè)LED 單元分別擔(dān)任不同的光輸出角色，總體用來(lái)形成滿足配光要求的光輸出特性，具有構(gòu)成簡(jiǎn)單、操控方便等特點(diǎn)。通過(guò)LED 單元非均勻分組排列的形式來(lái)獲得在調(diào)光模式下保證道路照明效果。

　　圖2 給出了這種調(diào)光原理a 及調(diào)光前后的LED 單元組亮滅的變化情況b。例如，城市道路照明中的前、后半夜需要不同的照明模式：前半夜為主、次車道全照明模式（組1 ＋組2），以保障主/快車道及次/慢車道的交通安全；后半夜交通流量很小，僅為主/快車道的道路照明模式（組2）。由此可見(jiàn)在同樣的照明光源功率下，這種調(diào)光的方式較圖1 來(lái)說(shuō)就顯得更為簡(jiǎn)單明了。

　　1.1.1.3 LED 道路光源的間隔調(diào)光

　　LED道路照明光源的間隔調(diào)光是仿照傳統(tǒng)道路照明，如高壓鈉燈（HPS）路燈的調(diào)光方式，通過(guò)開(kāi)閉相隔的光源來(lái)達(dá)到調(diào)光/減光的目的，方法簡(jiǎn)易、操控方便。雖然單個(gè)光源的光輸出特性、照明效果、芯片的發(fā)熱量、出光效率、使用壽命以及驅(qū)動(dòng)器特性、使用壽命等在調(diào)光前后沒(méi)有變化，并且也能夠獲得很高的節(jié)能效果（50%），但是其致命的缺點(diǎn)是對(duì)總體道路照明的光照均勻度影響較大，易形成照明暗區(qū)即所謂的“斑馬效應(yīng)”， 嚴(yán)重影響到道路的行車安全，達(dá)不到國(guó)家對(duì)道路照明的規(guī)范要求，因此只適宜于對(duì)照明要求不太嚴(yán)格的次/慢車道和小道上使用。