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LED路灯的发展和应用

天津市照明学会 何秉云?? 2010年04月07日 ?? 收藏0

?  4. LED路灯在应用中的问题

  在全球能源危机与环保压力日益凸显的形势下,LED光源在道路照明中的应用已成为近年来半导体照明行业的热点。LED器件产品应用到路灯上,对技术有什么特殊要求,LED路灯与目前高压钠传统路灯相比有哪些优势,还存在哪些不足,如何解决等一系列问题,都值得我们认真研究。

  4.1 产品的标准化和通用性是大规模使用的基础

  目前推出的 LED路灯,产品外观、LED的发光颗粒的排布方式与数量、整流电路的外型尺寸和内部设计多种多样。如:单管功率数量各异,1~5瓦不等;光分布情况各异,有蝠形、矩形、蝶翼型等;光学处理方式有自带透镜免二次光学处理和进行二次光学处理的;驱动器情况有专用驱动芯片IC和无电解电容;封装情况有多芯片封装和单科芯片封装;技术线路情况有模、组式大功率、芯片集成式大功率、点阵式大功率等。电源装配也有自带一体化和外接电源两种,散热技术也各有千秋,这都给普及使用后的运行及维护工作带来极大不便,也不符合市政公用设施标准化,通用化的设计原则。

  我们认为,在今后的发展过程中,生产厂家应严格按照国家统一标准进行,确保产品在设备安全性和电气性能方面安全可靠。同时,在城市照明领域得到应用的LED产品,必须对产品标准型、统一性提供以下保证。

  如:对于同一个企业不同发展阶段的产品之间,要保证主要电气元件的标准性,统一性,避免因产品更新换代造成备品备件断代;对于不同企业的产品之间,灯具主体,发光颗粒板、整流电路等主要电气元件要依据国家标准,实现必要的标准性、统一性。

  4.2相应的国家标准是LED路灯市场健康发展的保障

  LED的光电及热学特性与传统光源差异甚大,使现有LED的测量无法完全套用传统照明光源的测量方法。目前LED无论在产品规格或测量上均缺乏适当的标准,使产品种类繁多,测量无标准,市场不规范,而产品的多样性也导致企业不可能集中大规模生产。制定相关的LED标准已成为产业的迫切需求。而目前由全国照明电器标准化技术委员会“提出的普通照明用LED国家标准及行业标准”等在送审阶段,预计将会陆续颁布实施。相关企业应进行新的市场定位和产品规划,抓住新机遇,投入必要的质量保障手段 。

  4.3光学设计、散热是LED路灯面临的主要技术问题

  虽然大功率LED路灯研制发展的速度很快,但在应用中还不同程度的存在着瓦流明低、二次光效处理水平较低、系统光效较低、光衰快、寿命短、色温偏差、光色不一、驱动器多故障等一系列问题。其中二次光学设计、散热设计和电源稳压器系统设计等主要技术问题,是提高发光效率和延长寿命的关键。

  要真正充分发挥半导体光源的长处,LED的二次光学系统设计对LED路灯的配光及光学输出效率至关重要。良好的道路照明要求LED路灯的配光为长方形的光型,路灯发出的所有光刚刚可以覆盖住马路,而马路之外的光污染几乎为零。香港理工大学的蒋金波博士介绍过两种LED路灯的配光设计:第一种 LED路灯采用轴对称的全反射透镜或反光杯,LED透镜模组排列于一个弧面上以产生长方形的配光。全反射透镜的引入可以极大地提高光的利用效率,但是弧形的LED模组的排列使高功率LED的散热设计和机械结构比较麻烦。第二种LED路灯则采取非对称的自由曲面透镜,可以将长方形的配光直接由单个LED光学元件完成。整体灯头只需将具有长方形配光的LED模组简单的排列在一个平板上即可,这种LED路灯在机械结构、散热及电源控制方面比较简单,不同等级公路和不同灯杆高度的道路照明只需要增加不同数量的LED模组即可。非对称自由曲面二次光学元件的采用可以使LED路灯的长方形配光直接在单个LED模组上实现。整体路灯只需要将这些LED模组阵列按照相同方向排列即可,从而可以简化路灯机构、散热及控制电源的设计。

应开发出适合封装方式光源的配光器,更加合理、充分的利用光源发出的光线,使得灯具的整灯出光效率提升。目前LED的辐射形式有朗伯型、侧射型、蝙蝠翼型、矩形、蝶翼和聚光型几种。 通过二次光学设计,使得LED的光照范围、光度曲线符合道路照明的需求。

  LED 是嵌入照明器具中使用的,由于LED 芯片的发热量大,在做成大功率灯具时的重要关键技术就是“散热”。虽说发光效率越来越高,但LED 芯片的发热量仍然很大。PN结结温每升高10度,半导体器件的寿命就减少1倍。LED 芯片的高温度导致芯片本身及封装树脂性能的恶化,从而最终引起发光效率的降低和寿命的缩短。目前各生产单位都采取了不同的散热措施,多为采用整体式的、系统性的散热设计理念,应用高性能导热材料。如铝压铸模、铝挤型齿状散热片、整体式齿状散热片、铝挤型材横列齿形散热器、热导管长鳍形、外部齿状结构片、自然对流通体散热等。还有采用超合金导热管(导热速度为纯铜的100倍)与高密度散热铝鳍片结合。将芯片产生的热量迅速的由点源转为线源,使热量均匀分布至散热片。散热片向下,避免灰尘鸟粪堆积。芯片的封装、灯具散热等因素都可能造成光衰减。


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LED路灯? 高压钠灯? 半导体发光?

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