淺析LED路燈的優(yōu)勢及存在的問題

　　四、LED路燈需要破解的技術(shù)難點(diǎn)

　　LED路燈要想大規(guī)模地應(yīng)用，成為道路照明的主流光源，還面臨一些需要解決的難點(diǎn)。歸納起來，主要難點(diǎn)有三個(gè)，即光學(xué)設(shè)計(jì)、散熱問題及驅(qū)動電源設(shè)計(jì)。

　　1．光學(xué)設(shè)計(jì)

　　便于光學(xué)設(shè)計(jì)本來是LED路燈的一大優(yōu)勢，但同時(shí)又是一大難點(diǎn)。

　　從LED路燈配光角度來說，其光輸出特性只有滿足表2所示的CJJ45-2006道路照明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求才具有實(shí)用價(jià)值。

表2 CJJ45-2006規(guī)定的道路照明要求

　　LED路燈配光包括一次配光（采用封裝透鏡）、二次配光和三次配光。當(dāng)通過二次配光可以滿足路面亮度、照度及其均勻度要求時(shí)，則無需再進(jìn)行三次光學(xué)設(shè)計(jì)。要滿足道路照明的要求，LED路燈的配光必須經(jīng)過多次反復(fù)設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)。

　　目前人們研究出很多LED路燈配光方案，例如LED一次配光（即透鏡封裝）加燈具的二次配光、LED的二次配光（利用二次透鏡）加燈具的三次配光及反射器配光等，但是，無論哪一種配光方案，還不能做到科學(xué)合理，不同程度地存在整體光學(xué)效率低、存在較大眩光和路面亮度、照度均勻性差等問題。如何選擇配光方式，如何選擇透鏡，如何改進(jìn)路燈的結(jié)構(gòu)達(dá)到配光和散熱要求，目前都還需要更為成熟的解決方案。

　　2．散熱問題

　　LED路燈的散熱能力直接影響LED的實(shí)際發(fā)光效率及其壽命。

　　LED為電致發(fā)光器件，在其工作過程中只有15%~25%的電能轉(zhuǎn)換成光能，其余的電能幾乎都轉(zhuǎn)換成熱能，使LED的溫度升高，導(dǎo)致光效急劇下降。如果LED結(jié)溫超過最高允許溫度（一般為125℃），LED將會因過熱而損壞。因此在LED燈具設(shè)計(jì)中，最重要的一項(xiàng)工作便是散熱設(shè)計(jì)。

　　LED燈具的散熱系統(tǒng)包括LED模組的散熱和燈具結(jié)構(gòu)（如外殼）上的散熱片散熱，其中后者是目前常見的散熱方式，由于LED路燈的工作環(huán)境比較惡劣，易積聚塵沙和飛蟲，散熱器表面易被腐蝕氧化，這就會影響燈具內(nèi)LED及電器的散熱，導(dǎo)致LED路燈使用壽命的縮短。

　　為了解決LED路燈的散熱問題，可以在燈具上配置微型風(fēng)扇進(jìn)行主動式強(qiáng)制性散熱，但散熱風(fēng)扇在戶外惡劣環(huán)境中的使用壽命難以滿足要求。

　　LED路燈的重量主要由散熱裝置的重量所決定。隨著LED路燈功率的增大，散熱器尺寸和重量也需要相應(yīng)增加。欲減輕大功率LED路燈散熱裝置的重量，就需要對散熱方式、散熱結(jié)構(gòu)和材料等多方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　LED路燈燈具要求具有良好的防塵防水（IP）防護(hù)等級（如IP45及其以上），但良好的IP防護(hù)又往往會妨礙LED的散熱。如何解決這一矛盾是LED路燈設(shè)計(jì)時(shí)不可忽視的一個(gè)重要方向。

　　3．驅(qū)動電源設(shè)計(jì)

　　目前的LED路燈幾乎全部采用工頻市電電源供電。LED路燈驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般均為離線式開關(guān)
開關(guān)

　　開關(guān)是最常見的電子元件，功能就是電路的接通和斷開。接通則電流可以通過，反之電流無法通過。在各種電子設(shè)備、家用電器中都可以見到開關(guān)。 [全文]

電源（SMPS）。從近幾年LED路燈示范應(yīng)用的情況看，故障幾乎全部集中發(fā)生在驅(qū)動電源上。

　　由于LED路燈的工作環(huán)境十分惡劣，因此在驅(qū)動電源設(shè)計(jì)上，對電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇、電子元器件的選擇以及電路的保護(hù)、散熱與防水性能等各個(gè)環(huán)節(jié)，都十分苛求。

　　根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)水平，目前常規(guī)離線式開關(guān)電源
開關(guān)電源

　　開關(guān)電源1是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間 [全文]

的平均壽命通常在3萬小時(shí)以下，LED驅(qū)動電路的壽命決定LED路燈燈具的壽命。對LED驅(qū)動電源壽命具有決定性影響的是電解電容器
電容器
　　所謂電容器就是能夠儲存電荷的“容器”。只不過這種“容器”是一種特殊的物質(zhì)——電荷，而且其所存儲的正負(fù)電荷等量地分布于兩塊不直接導(dǎo)通的導(dǎo)體板上。至此，我們就可以描述電容器的基本結(jié)構(gòu)：兩塊導(dǎo)體板（通常為金屬板）中間隔以電介質(zhì)，即構(gòu)成電容器的基本模型。 [全文]

，其次才是功率半導(dǎo)體器件。因此，對電解電容
電解電容
　　電解電容是一種由兩塊平行金屬板以及兩金屬板之間放置電解液所構(gòu)成的電容。電容器依照所使用的電極材料.電解液之種類而付予電容器的名稱。介質(zhì)有電解液涂層有極性，分正負(fù)不可接錯(cuò)。 [全文]

的選擇是極為重要的。

　　在LED路燈驅(qū)動電源設(shè)計(jì)方面，不僅要格外重視其可靠性，同時(shí)還必須滿足輸入AC電流諧波含量、線路功率因數(shù)、電磁干擾（EMI）、防雷擊和防水及能效等方面的性能要求與安全要求。探求低成本、高可靠與高性能解決方案，是LED路燈驅(qū)動電源設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。

　　五、結(jié)束語

　　LED是新一代綠色光源，LED應(yīng)用于道路照明與傳統(tǒng)路燈比較具有很多優(yōu)勢。道路照明是一種公共照明，由政府買單和掌控，因此LED在普通照明領(lǐng)域可以率先在道路照明中應(yīng)用。但是，由于傳統(tǒng)路燈的設(shè)計(jì)方案并不適用LED路燈，在光學(xué)設(shè)計(jì)、散熱問題和驅(qū)動電源設(shè)計(jì)等方面還存在很多問題尚未真正解決，因此距大規(guī)模地推廣應(yīng)用還有較長的路要走。LED路燈技術(shù)尚處于探索階段，不可一哄而起、一哄而上和遍地開花，而必須堅(jiān)持先試點(diǎn)、再示范到最后推廣的實(shí)施路線。