LED路燈設(shè)計(jì)

　　概論

　　LED路燈即半導(dǎo)體照明燈，以發(fā)光二極管作為光源，因其是一種固態(tài)冷光源，具有環(huán)保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點(diǎn)，做成的LED路燈。

　　路燈是城市照明的重要組成部分，傳統(tǒng)的路燈常采用高壓鈉燈，高壓鈉燈整體上光效低的缺點(diǎn)造成了能源的巨大浪費(fèi)，因此，開發(fā)新型高效、節(jié)能、壽命長、顯色指數(shù)高、環(huán)保的路燈對城市照明節(jié)能具有十分重要的意義。

　　LED路燈與常規(guī)高壓鈉燈路燈不同的是，大功率LED路燈的光源采用低壓直流供電、由GaN基功率型藍(lán)光LED與黃色熒光粉合成的高效白光二極管，具有高效、安全、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、響應(yīng)速度快、顯色指數(shù)高等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于城市道路照明。

　　燈具的定義

　　凡能分配透出或轉(zhuǎn)變一個或多個光源發(fā)出的光線的一種器具，并包括支承固定和保護(hù)光源必需的包有部件，以及必需的電路輔助裝置和將它們與電源連的裝置。其基本組成包括：燈體(Housing)﹑光源(Luminaire)﹑反光罩(Reflector）、電器組件(Electricalassembly)等。

　　燈具的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

　　燈具的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，也就是燈具質(zhì)量的衡量指標(biāo)，主要包括以下幾個方面：

　　1、燈具的成本：材料成本(在滿足燈具各種性能的前提下盡量選用性價比高的材料)和生產(chǎn)成本(提高生產(chǎn)效率，單位時間內(nèi)盡可能提高產(chǎn)能)燈具的安裝和維護(hù)性能燈具的外觀。

　　2、LED燈具散熱

　　建議：LED路燈LightBar安裝面用較易成型的2mm-3mm厚鋁板加工，上面另外固定鋁基Heatsink作散熱用，嘗試通過不同形狀及尺的Surface來得到最佳光學(xué)參數(shù)(配光曲線)。

　　優(yōu)點(diǎn)：用較低的成本及較短的開發(fā)同期來確定新款燈具LightBar安裝面的形狀及尺寸。

　　一款好的路燈產(chǎn)品(截光燈具)，其光學(xué)設(shè)計(jì)必須滿足以下幾個要求：

　　1、配光曲線呈蝠翼狀(滿足道路照明所需要的延展性)；

　　2、最大光強(qiáng)方向不能大于65°(照明無眩光)；

　　3、80°方向上所發(fā)出的最大光強(qiáng)不能大于30cd/1000lm，90°方向上所發(fā)出的最大光強(qiáng)不能大于10cd/1000lm；

　　燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足：

　　1、結(jié)構(gòu)合理，滿足燈具的各種機(jī)械及電氣性能(結(jié)構(gòu)強(qiáng)度﹑防護(hù)等級﹑高壓及接地測試等)。

　　2、安全性

　　3、便于燈具的成品組裝。

　　4、便于燈具安裝及維護(hù)。

　　燈具的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能考慮零配件的適配性及通用性。(降低成本，減少庫存及便于物料管理)

　　燈具的防塵、防水等級

　　目前采用特征字母“IP’’后面跟兩個數(shù)字來表示燈具的防塵、防水等級;第1個數(shù)字表示對人、固體異物或塵埃的防護(hù)能力,第二個數(shù)字表示對水的防護(hù)能力;在防塵能力和防水能力之間存在一定的依賴關(guān)系，也就是說第一個數(shù)字和第二個數(shù)宇間有一定的依存關(guān)系。

　　燈桿設(shè)計(jì)

　　燈桿的設(shè)計(jì)首先是要滿足其使用功能，即為保證有足夠的強(qiáng)度為燈具提供支撐，然后再考慮其美觀性，即與燈具及周圍環(huán)境的匹配。燈具的安裝仰角一般是由燈桿來決定的，其取值范圍為10°-15°。

　　燈桿(中桿)錐度取值范圍為1：90–1：110，其計(jì)算公式為(Φ1–Φ2)/H，另一種常用的表示方法為1：10–1：11，即燈桿每增加1米，燈桿直徑增加10(11)mm。

　　燈桿間距與燈桿高度的關(guān)系：D(燈桿間距)=3.5–4H(燈桿高度)。

　　燈桿表面處理：內(nèi)外熱浸鋅(δ=65-100μm)后外表面噴塑(δ=80-120μm)。

　　燈桿設(shè)計(jì)完成后必須根據(jù)安裝地的最大風(fēng)速及自身負(fù)載進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

　　LED散熱設(shè)計(jì)的重要性

　　目標(biāo)1：HigherFluxLED

　　提高LED的效率

　　提高電流(功率)

　　更高的結(jié)溫(Tj)

　　目標(biāo)2：高性能LED

　　光學(xué)性能

　　高可靠性

　　依賴于結(jié)溫(Tj)

　　熱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要處理好結(jié)溫Tj

　　LED結(jié)溫計(jì)算方法

　　LED在使用過程中需要特別注意芯片的結(jié)溫Tj，假如LED的結(jié)溫超過規(guī)定的最高結(jié)溫，那么會嚴(yán)重影響LED的壽命，甚至造成LED損壞，因此為了確保LED產(chǎn)品正常工作，必須將結(jié)溫Tj控制在允許的范圍內(nèi)，以免對LED造成不良影響。由于無法測得LED芯片上的結(jié)溫，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)時，只能參考LED的Pin腳溫度或MCPCB接近LED芯片處的溫度，通過該溫度反推得到結(jié)溫Tj，公式如下：

　　結(jié)溫Tj=Pin腳溫度+熱阻×LED功耗

　　為了確保LED能正常工作，一般規(guī)定測量得到的LEDPin腳的溫度或MCPCB接近芯片處的溫度必須比根據(jù)上述公式算出的LEDPin腳或MCPCB板的上限溫度低10℃以上，但這僅僅只是一個上限值，原則上此溫度是越低越好。

　　例如某款LED，其最高結(jié)溫為120℃，熱阻為23℃/W，額定電壓為2.85V，額定電流為385mA，功耗為1.1W，所以算出此時Pin腳溫度為：

　　120℃-23℃/Wx1.1W=94.7℃

根據(jù)上述規(guī)定，實(shí)際測得的LEDPin腳或MCPCB板的溫度不能高于84.7℃

　　在實(shí)際使用中有時LED并不是以額定電流工作的，對上款LED，若其工作電流為300mA，則其功耗為0.86W，所以算出此時Pin腳溫度為：120℃-23℃/Wx0.86W=100.3℃

此時實(shí)際測得的LEDPin腳或MCPCB板的溫度不能高于90.3℃ 。

　　上表為LED結(jié)溫與其光輸出的關(guān)系。對白光而言，當(dāng)Tj=20℃時，其光輸出為100%，當(dāng)Tj=120℃，其光輸出只有原來的68%。
作為LED燈具，其散熱效果越好，則其光輸出性越好，燈具壽命也就越長。

　　總結(jié)

　　LED路燈進(jìn)步明顯，展示了美好的發(fā)展前景。光效提高很快，整燈的光效最高超過80Lm/W，應(yīng)用光效最高接近50Lm/W，主干道應(yīng)用已露曙光；配光水平大為提高，均勻度相比高壓鈉燈已有優(yōu)勢；光衰問題明顯改善，相比其它光源并不遜色。但是，色溫方面所暴露的問題要引起高度重視，歸納起來為五大挑戰(zhàn)：

　　1、led白光的接受程度；

　　2、光色的舒適感較差（較低色溫存在偏綠問題，較高色溫存在偏綠偏紫問題）；3、同型號產(chǎn)品色溫一致性不佳；

　　4、不同方向色溫的均勻性較差；

　　5、色溫的飄移較嚴(yán)重等。