LED路燈設(shè)計注意事項
對LED而言,輸出功率及光通量及二次光學設(shè)計、散熱設(shè)計和電源系統(tǒng)設(shè)計是設(shè)計三大難點。
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的外延技巧、芯片工藝等基礎(chǔ)層次進一步晉升。在二次光學設(shè)計方面,LED的輻射情勢有朗伯型、側(cè)射型、蝙蝠翼型和聚光型幾種。在道路照明范疇,根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗朗伯型和蝙蝠翼型比擬實用,通過二次光學設(shè)計,使得LED的光照范疇、光度曲線符合道路照明的需求。
目前LED在道路燈具中應用的最廣泛情勢重要是在燈具內(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)計方法是不可能得到良好的燈具配光的。照明用LED的最大特點是具有定向發(fā)射光的功效,由于目前功率型LED幾乎都裝有反射器,并且這種反射器的效率都明顯高于uv燈具的反射器效率。另外,LED的光效檢測時已經(jīng)包含了自身反射器的效率。采用LED的道路燈具應盡可能地利用LED的定向發(fā)射光的特征,使道路燈具中的各個LED分辨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幫助配光,來實現(xiàn)很公平的道路燈具的綜合配光。應當說,道路燈具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115尺度的照度和照度均勻度請求,燈具內(nèi)應包含三次配光的功效才干比擬好地實現(xiàn)。而帶反射器的并且具有公平的光束輸出角度的LED本身就具有良好的一次配光功效。在燈具內(nèi),能按照路燈具高度及路面寬度設(shè)計各個LED的安裝地位和發(fā)射光的方向就能實現(xiàn)良好的二次配光功效。在此類燈具中的反射器,只作為幫助的三次配光手段,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,可采用在基礎(chǔ)設(shè)定每一個LED設(shè)射方向的條件下,把每一個LED用球形萬向節(jié)固定在燈具上,當燈具應用于不同的高度和照射寬度時,可通過調(diào)劑球形萬向節(jié)使每一個LED的照射方向都達到滿足的成果。在斷定每一個LED的功率、光束輸出角度時,可根據(jù)E(lx)=I(cd)/D(m)2(光強和照度間隔平方反比定律),分辨盤算出各LED在基礎(chǔ)選定光束輸出角度時應當具備的功率,并且可以通過調(diào)劑各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的光輸出都達到預計值。這些調(diào)劑手段都是采用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條件降落低照明功率密度,達到節(jié)能的目標。
2、LED路燈的散熱
LED路燈的散熱是需要重點解決的標題之一,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路燈亮度請求高、發(fā)熱量大,并且戶外這種應用環(huán)境比擬苛刻,假如散熱不好會直接導致LED快速老化,穩(wěn)固性下降。由于在戶外應用的道路燈具,應具有必定等級的防塵防水功效(IP),良好的IP防護往往會妨礙LED的散熱。解決這個相互抵觸但又都得解決的兩個標題是道路燈具設(shè)計時應關(guān)注的一個重要方面。在這一方面也是國內(nèi)把LED利用于道路燈具中時呈現(xiàn)分歧格及不公平的情況最多的。國內(nèi)目前應用中呈現(xiàn)的分歧格及不公平的情況基礎(chǔ)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)計無法達到IP45及以上等級,無法滿足GB7000.5/IEC6598-2-3 尺度的請求。
(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實驗,但是由于燈具內(nèi)的不透風會造成在工作時,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的應用壽命也將大打折扣計,實際上存在明顯的不公平情況。
(3)在燈具內(nèi)采用了儀表風扇對LED及散熱器進行散熱,其進風口設(shè)計在燈具的下方,以避免雨水的進進,出風口設(shè)計在下射LED光源的四周。這樣也能有效避免雨水的進進,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實驗請求,能順利通過。這一計劃,不僅解決了LED的散熱標題,而且同時滿足了IP等級的請求。
但是這種看似良好的設(shè)計,實際上存在明顯的不公平情況。由于在我國盡大多數(shù)道路燈具的應用處合,空中的飛塵量是較大的,有時會達到很大(例如起沙塵暴),這類燈具在一般條件下應用一段時間后(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,使散熱器后果大打折扣,最后還會使LED因工作溫渡過高而應用壽命明顯縮短。這一計劃的不足是在于不能持久良好地應用。
要兼顧道路燈具中LED的散熱及IP防護,較公平的設(shè)計領(lǐng)導思想是:
a、在關(guān)鍵的散熱地位,采用導熱板。導熱板是在金屬板的內(nèi)部,均布有供冷媒運動的細導管,并在細導管內(nèi)充有冷媒,當導熱板的某一部位受熱時,細導管內(nèi)的冷媒會快速運動而使熱量敏捷地傳導。好的導熱板的熱傳導系數(shù)可以達到同厚度銅材板的8~12倍,雖說價格較高,但如在關(guān)鍵部位應用,對LED的散熱將起到事半功倍的作用。
b、把uv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防護等級的請求,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,可以通過自然的風雨而沖刷,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,簡略開關(guān)電源的計劃常會帶來LED器件的損傷。如何使緊密壓縮在一起的一組LED安全、可靠地工作也是考核LED路燈的一個指標。
LED對驅(qū)動電路的請求是能保證恒流輸出的特征,由于LED噴槍正向工作時結(jié)電壓相對變更區(qū)域很小,所以保證了LED驅(qū)動電流的恒定也就基礎(chǔ)保證了LED輸出功率的恒定。對于我國電源電壓供應不穩(wěn)固的現(xiàn)狀,道路燈具LED的驅(qū)動電路具有恒流輸出特征是十分必要的,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)動電路浮現(xiàn)恒流特征,從驅(qū)動電路的輸出端向內(nèi)看,其輸出內(nèi)阻抗必定是高的。工作時,負載電流也同樣通過這一輸出內(nèi)阻抗,假如驅(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,在其上必定也耗費很大的有功功率,所以此兩類驅(qū)動電路在基礎(chǔ)滿足恒流輸出的條件下,效率是不可能高的。準確的設(shè)計計劃是采用有源電子開關(guān)電路或采用高頻電流來驅(qū)動LED,采用上述兩種計劃可以使驅(qū)動電路在保持良好的恒流輸出特征的條件下,仍具有很高的轉(zhuǎn)換效率。
目前我國的道路燈具,基礎(chǔ)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標題,但其可靠性是很高的。而采用電子驅(qū)動電路的LED燈具,在野外照明場合應用時,要挾其可靠性的一個重要方面是雷電感應標題。
空中的閃電發(fā)射的是一廣譜的無線電波,而排擠的道路燈具供電線路,是良好的接收無線。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數(shù)佰伏到數(shù)千伏,很輕易擊穿驅(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uv電源驅(qū)動電路的損壞。
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