LED照明问题探讨.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流LED照明问题探讨.精品文档.一.发光原理 LED 照明技术探讨（资料来自互联网，如有版权请通知，将及时卸载）第一部分：基础知识发光二极管是由-族化合物.如 GaAS、GaP、GaASP/GaALAS、InGaALP、GaN 等半导体制成的,其核心是PN 结,因此它具有一般 P-N 结的 I-N 特性,即正向导通反向截止,击穿特性.此外,在一定条件下,它还具有发光特性,在正流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光.若能产生可见光(波长在380mm紫光-780nm红光)二.相关性能参数1.发光强度 ;发光二极管的发光强度通常指法线方向上

2、的发光强度.若在该方向上辐射强度为(1/683)w/Sr,则发光1坎德拉(cd),LED 发光强度小,所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位.2.半值角1/2和视角:1/2是指发光强度值一半方向与发光轴向的夹角.半值角的2倍为视角.4.发热是固体光源本身的一个特点,LED也是如此。它本向所散发出的热是否可以及时导出或散发出去,将成为影响 LED 寿命的一致使因素.LED 路灯的研发现状 LED作为路灯的光源，它和传统路灯光源比较有许多优点。其一，LED是一种半导体二极管，它的寿命非常长。当光通量衰减到80%时，其寿命达到了25000小时。而金属卤化物灯的寿命在600012000小时，高压钠灯的

3、寿命是12000小时。其二，LED的基本结构是一块电致发光的半导体材料，放置在一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED的抗震性能好。其三、白光 LED的光色比高压钠灯好。在中间视觉水平下，人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物。白光 LED的显色性也比高压钠灯好很多，高压钠灯的显色指数只有20右左，而白光 LED可以达到6580。其四、LED能实现较完美的调光功能。由于 LED的工作范围较大，其光输出和工作电流成正比，因此可以减小电流的方法来调光。另外，由于 LED进行频繁开关对其没有太大的损伤，LED的调光还可以采用脉冲宽度调节的方法来得到，通过

4、调节电压的占空比和工作频率，能够有效调节 LED的发光强度。其五、在灯具的光学系统内，LED光源的光通量损失最小。与传统光源不同，LED是半空间发光的光源。高压钠灯或金属卤化物灯是全空间发光的光源，需要将一个半空间的出射光线改变180方向投向另一半空间内。当我们依赖反射器来完成时，反射器对光线的吸收和光源自身的挡光是不可避免的。而使用 LED作为光源，不会存在这方面的损失，光线的利用率比传统光源高。最后，LED光源不含有害金属汞，不象高压钠灯或金属卤化物灯在报废时对环境造成危害。夜晚来临时，你驾车行驶在马路上，路灯忠实地陪伴你，使你安全地回家。路灯带给你的视觉舒适感受首先来源于路面的亮度比较均

5、匀，然后马路两边的人或物也能看见，使你能了解可能会突发的情况。路灯的照明达到了上述的要求时，它的配光一定是合理的。因此，如果你使用 LED路灯时，虽然它拥用较好光色、寿命长、调光功能等优点，它的配光水平仍然是致关重要的。目前，LED路灯刚刚起步，需要不断地完善，无论是路灯的光学结构设计，还是散热技术，都还在不断改进中。 LED路灯和使用传统光源路灯的光学设计方式是不同的。传统光源路灯是通过使用反射器将一个光源的光通量平均分配到受照路面上。而 LED路灯的光源由非常多个 LED组成，通过设计每个 LED的投射方向，使受照路面获得均匀的照度。目前，LED路灯在次干路和支路上的应用前景非常好。次干路

6、是城市中与主干路结合组成路网，起集散交通作用的道路。次干路的照度要求达到15lx，照度均匀度0.4，平均亮度要求达到1.0cd/m2，亮度总均匀度0.4，亮度纵向均匀度0.5，阈值增量10。达到节能水平的 LED路灯，在照明质量达到以上要求的同时照明功率密度应小于国家标准的规定，当车道数4条时，照明功率密度0.70，车道数4条时，照明功率密度0.85。为满足上述要求，LED路灯的配光形状应有严格的要求。在马路的纵向，光束应投射到较远的地方，使得灯具的间距增大。在路灯的下方，光强应是最小的，随着仰角 增大，光强 I增大。当 I和 满足一定的函数关系时，路面能得到均匀的照度。此函数关系如下：当然，

7、由于光学设计的复杂性，配光形状难以完全符合此函数关系，可以减小 角的投射范围，减少灯间距来得到均匀的照度。在马路纵向，最大光强度的投射方向与马路纵线应成一定的角度 c，角度 c的大小决定于马路的宽度，见图2。在垂直于马路的方向上，路灯的配光曲线形状也可以按这个函数关系设计，角的范围决定于马路的宽度（c=90u65289X和人行道的位置（c=270u65289X，见图3。目前，在许多任务厂设计的 LED路灯中也不乏有配光姣好的例子。比如图4是一款120WLED路灯的配光曲线。它的最大光强通过 c角15，角57.5。c=0、180、15的配光曲线的形状接近于公式1的函数关系式。此灯具用在四车道的次

8、干路上，双侧对称布置，当灯杆高度为8米，灯具间距30米时，照明质量符合国家关于道路照明标准的要求，结果如表1。其照明功率密度（LPD）是0.70，也达到了对高压钠灯路灯的照明功率密度要求。前面提到过 LED光源的半空间发光的特点，LED光源在灯具内使用，光源光通量的损失比高压钠灯或金属卤化物灯少。就目前来讲，LED光源的光效达不到高压钠灯或金属卤化物灯的水平，即相同功率的光源，光通量没有高强度气体放电灯高。但是，由于 LED光源的半空间发光的特点，使得 LED灯具的光通量输出可以接近于高强度气体放电灯灯具水平。当路灯将光线照射到路面上，光线的投射方向只存在半个空间。高强度气体放电灯的发光空间占

9、据了整个空间，见图5（a）。如果没有灯具，光源的上半空间光线全部浪费。使用灯具，反射器可以将上半空间的光线反射到下半空间内，但反射器对光线的吸收作用，以及光线反射时受到光源自身的遮挡转换成热能，或反射器对光线二次反射的再吸收，光源的一部分光线损失了。灯具效率是反映光源光线损失程度的参数。从小功率高压钠灯路灯（70W150W）光度性能状况来看，灯具效率一般处于6575%的水平。以100W高压钠灯为例，也就是说即使光源的光通量达到8000lm，路灯的光通输出有5200lm6000lm。LED 光源在这方面是具有优势的，LED的发光只存在于半个空间，见图5（b），在不用灯具的情况下，也能将光线100

10、%投射到路面。对灯具需要设计的是在较小的角度范围内改变光线的投射方向，在这个过程中，光的损失是微小的。目前，LED路灯的光效达到了4050lm/W，以100WLED路灯为例，灯具光通量输出可以达到40005000lm。目前，LED路灯才刚刚起步，相信不断地加强设计力量，路灯的配光会更加优化，最后达到完美。目前，LED路灯还不能用于主干路。主干路是连接城市各主要分区的干路，采取机动车与非机动车分隔形式。机动车在主干路上的行驶速度比次干路快，照明水平比次干路高。主干路的照度要求达到30lx，照度均匀度0.4，平均亮度要求达到2.0cd/m2，亮度总均匀度0.4，亮度纵向均匀度0.7，阈值增量10。

11、达到节能水平的路灯，应在照明质量应达到以上要求的同时照明功率密度应小于国家标准的规定，当车道数6条时，照明功率密度1.05，车道数6条时，照明功率密度1.25。主干路上大多使用250W或400W高压钠灯路灯，250W 或400W高压钠灯的光源光通量达到28000lm（250W）和48000lm（400W）。这种大功率路灯的灯具效率一般在7585%之间，因此，灯具的光通量输出最低也有21000lm。以一盏250W 高压钠灯路灯为例，灯具效率83.5%，配光曲线如图6所示，其最大光强通过 c角10， 角70.0。c=0、180、10的配光曲线的形状良好。这款路灯可使用在四至六车道的主干路，路面照明

12、质量结果如表2。目前，光通量小是 LED路灯不能应用在主干路上的主要原因。不同光通量档次的灯具应使用在不同级别的道路，否则，达不到节能的效果。 LED作为新光源，应在照明设备中充分利用它的优点，改善它的缺点。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遇到了困难。各公司目前正在努力解决的课题之一就是“散热”。虽说发光效率越来越高，但 LED芯片的发热量仍然很大。如果采取散热措施，LED芯片的温度就会过高、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。LED最重要的性能就是“长寿命”，为了不影响这一指标，就需要设法将芯片上产生的热量散出

13、去。改善 LED的发热问题是攻克大功率照明灯具的关键。表2关于 LED灯具的节能状况，对于不同的产品应用类型应区分认识。与传统光源相比，白光二极管不如单色光二极管在节能上有突出的贡献。最初 LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的 LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，本来是采用低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的交通信号灯中，采用了18个红色 LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是 LE

14、D光源应用的重要领域。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于 LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。白光二极管灯具的节能主要体现在小功率的、原来使用白炽光源的灯具，比如手电筒、筒灯等。LED路灯一直在不断进步，步子越走越快。希望在不远的将来，LED路灯以优异的表现更广泛出现在城市的脉络中。第二部分半导体路灯优势、实现方案和推广前景2007-08-30来源:作者:【大中小】评论：0条半导体材料制作的发光二极管-LED，近年来技术上取得了重大突破，白光发光管的发光效率已经达到了荧光灯的水平,08 年将达到钠灯的水平。半导体光源节能、长寿

15、命、安全、环保、耐闪烁、色彩多样、调控方便等诸多优点，必将取代传统光源引发照明产业的又一次革命。由于光效和成本方面的原因，半导体光源目前还不能在大面积白光泛光照明方面和传统高效光源竞争，但是在小功率照明、局部照明、安全照明、闪烁照明、彩色照明等方面具有传统光源难于比拟的优势。路灯主要是为了照亮路面，属于局部照明。半导体光源之所以适合用于局部照明，是由于 LED 是个点光源，发光角度便于控制。在生产时也可以制作成各种发光角度的产品，也可以利用反光镜灯方法对光路做进一步的调理。利用特定发广角的光源做局部照明可以使光源发出的光得到更有效的利用，和不便控制发光角度的光源相比，可以用比较小的功率达到满足

16、要求的局部照明效果，因而实现节能。为此，许多企业进行了有益的探索，使半导体路灯逐渐实用化。但是，从近几届照明方面的展会上看，许多企业展出的 LED 路灯根本没有考虑和利用 LED 的特点，做出来的路灯仅仅是点亮了而已，根本谈不上照明效果和节能效果。为此本文以90 瓦的半导体路灯为例介绍半导体路灯的结构特点和实现方案，以供相关企业研制产品时参考。做好半导体路灯的基本思路：做 LED 路灯首先要考虑照射范围。路灯要求的是路面照明效果，照空中和路边的空地不是路灯的任务。因此，要用多种角度组合的发光管或者用反光镜的方法有效的控制光线的分布范围，使发光管发出的光成为一个长条形光带沿路面方向铺展，实践证明

17、，这样制作的半导体路灯 90 瓦左右的功率就能超过 250 瓦纳灯对路面的照明效果，节能效果显着。要做好半导体路灯首先要合理的选用发光管。一般来说，做半导体路灯既可以选用小功率发光管，也可以选用大功率发光管。但是，实践证明，小功率发光管虽然有发光器件成本低的优势，但是，其光衰却比大功率发光管快，并且用的管数太多，装配麻烦，综合考虑，选用大功率发光管比较合理。从目前大功率发光管的技术水平来看，1 瓦管光效比较高，用于照明节能优势明显。和 1 瓦的发光管相比，3 瓦的发光管光效低于 1 瓦管，同等光通量下价格优势也不明显，目前选用 1 瓦管做路灯光源更为合理。半导体光源结构上和光学特性上有自身的特

18、点，因此，半导体路灯应该按照这些特点设计灯具，用传统灯具外壳换个半导体灯的灯芯是做不出好半导体灯的。半导体路灯结构设计上要解决好的问题是灯体外部造型，发光管的安装、照射范围的调整、发光管的散热、灯体的密封。同时，所设计的灯体结构还要有利于大批量工业生产。用 1 瓦的发光管做灯发光管的安装比较简单，如果选用的驱动器是隔离结构的，发光管的底座和管芯也是绝缘的，只要把发光管固定在散热器上就可以了。但是，如果使用的是不隔离结构的驱动器，发光管和散热器之间的绝缘处理就比较严格，要能达到一定的安全标准。绝缘和导热常常是矛盾的，良好的绝缘结构往往对散热不利。因此，建议选用隔离型驱动器驱动发光管。照射范围的调

19、整是做好半导体灯的重要环节。为了有效的利用光线，应该发挥发光管照射方向便于调控的优势，使发光管发出的光形成一条光带铺在路面上，而不要在无效方向上散射。要做到这一点，结构上最简单的办法是用多种角度的发光管组合，或者用反光镜、透镜的方法控制照射角度，分别兼顾不同的照射距离。比如， 用发光角 60 度、30 度、15 度的三种发光管组合，分别用于照射附近、中、远距离路面的照明，使发光管输出的光均匀的覆盖两盏灯之间的半距离路面，覆盖宽度基本上和路面宽度吻合，这样就可以用比较小的功率有效的照明道路。使之实现最佳照明效果。要达到这样的照明效果，发光管的安装角度必须合理。发光管的散热是半导体灯要重点解决好的

20、问题。发光管是冷光源，不象白炽灯那样产生灼热的高温，但是，发光管本身耐温能力比较差，所以必须将发光管工作时产生的热量有效的散发到空气中去，保证发光管工作在安全的温度下，这样半导体灯才能真正的体现出长寿命的优势。发光管的管芯和白光发光管涂覆的荧光粉都是在几百度的高温条件下生产出来的，本身有一定的耐温能力。但是，发光管的管壳和管芯之间存在热阻，这个热阻使发光管在使用时管壳和管芯之间出现温差，管芯的温度会高于外壳温度。目前发光管外部封装的材料主要是有机材料，在高温下容易老化。这会影响发光管光线的透出，因而降低发光管的外部光效。为了不使高温降低发光管的发光效能，就要把发光管使用时产生的热量散出去。但要

21、散到什么程度？散热器温度和发光管管芯温度有什么关系？这是必须要明白的问题。由于发光管生产技术的进步，大功率发光管内部的热阻越来越低，目前 1 瓦的发光管的热阻普遍在 15度/瓦以下，也就是说，给 1 瓦的发光管加 1 瓦的电功率，管芯比管壳的温度只高 15 度。按照目前发光管管芯材料的耐温水平，管芯温度不超过 150 度就能长期安全的工作。这样推算，外壳温度在 135 度时可以安全使用。但是，由于外壳封装材料的限制，实际使用中的管壳温度最好不超过70度，这样管芯温度只有85度，发光管的透明封装材料也不会快速老化。长期稳定工作没有问题。因此，没有必要将半导体灯工作时的温度降得很低，但必须减小发光

22、管外壳和灯体外壳之间的热阻，这样就可以以比较小的体积和比较低的成本生产稳定工作的半导体灯。半导体路灯灯体的体积都比较大，因此，散热的有效的方法是充分利用灯体的外壳实现散热。要做到这一点，首先要使发光管产生的热量能够顺利的传导到外壳上， 再就是外壳要有足够的面积和空气接触以实现有效的热交换。问题是，怎样合理的把发光管产生的热量传导到外壳上，怎样有效的增大外壳和空气的接触面，并且有利于空气在外壳表面上的流动，就是灯体热结构设计要解决的问题。综合照射范围合理，光线利用率高，利于散热，结构简单便于批量生产，设计一种外形为弧形结构的铝合金压铸灯具做路灯灯体。在这种结构中，用 60 度、30度、15 度

23、1 瓦发光管各 30 只，同角度管 15 只一组按条形结构安装在一个铝基电路板上，此条形结构发光管分成 6 组，左右各三组分别用于左、右路面的照明。 60 度管照射距离 10 米以内的近区路面，30 度管照射 18 米以内的中区路面，15 度管照射 25 米以内的远区路面。装有这三种发光管的电路板条安装在三种铝合金型材下部特定角度的斜面上，型材的上部和散热固定板连接，这样，既解决了散热问题又保证了合理的发光管安装角，并且结构简单，铝材用料少，生产成本低，灯体轻便。灯体用铝合金压铸的方法一次成型，上部有散热片，整体保持弧形结构以避免灰尘积累。驱动器选用是制做好半导体灯的又一个重要环节。驱动器的作

24、用是把市电不稳定的交流电压变成稳定的直流电流驱动发光管工作。为了连接简单，电流均衡性好，驱动器都能串连驱动多只发光管。常用的驱动器有和市电不隔离的结构也有和市电隔离的结构两大类。从结构简单成本低角度考虑可以选用不隔离驱动器，但是不隔离驱动器使用中最大的危险性在于驱动器出现主开关管穿通的故障时大电流会通过所有的发光管，烧毁发光管造成较大经济损失。并且不隔离驱动器对发光管和散热器之间的绝缘要求很高，否则灯壳有可能带电。做这种高可靠的绝缘处理影响发光管向散热器传热，使发光管结温升高加速光衰。隔离驱动器成本略高于不隔离驱动器，但是安全性好，即使驱动器出现故障，一般也不会引起烧毁发光管的连带故障。并且由

25、于隔离驱动器内部有满足安全标准的电气隔离，因此，发光管和散热器之间做一般绝缘处理即可，灯的生产工艺简单，成本低，热阻小利于发光管散热。选用驱动器的数量可以用一个驱动器驱动所有发光管，也可以用多个驱动器驱动发光管，考虑驱动器出故障时不会完全灭灯，选用多驱动器方案。实际选用高效率的 AD-2A40X1W 隔离型驱动器，这种驱动器每个可以驱动 30-40 只串联的 1 瓦发光管，90 只发光管用 2 个驱动器分 2 组驱动，电源变换效率大于 90。这样，既保证了合理的生产成本又有一定的容错能力，实践证明是一种合理的技术方案。驱动器的安装位置也有讲究，可以安装在灯体内部，也可以安装在灯体外部。安装在灯

26、体内部的好处是灯可以成为一个完整的产品拿到现场直接安装，其缺点是如果灯在使用中出现故障需要把灯从灯杆上卸下来处理，比较麻烦。如果驱动器安装在灯体外部，可以安装在灯杆下面的工作窗里，隔离型驱动器可以选用这这种方式安装，原因是隔离型驱动器就是出现故障一般也不会烧毁发光管，仅仅处理驱动器故障就不用再上灯杆了，故障处理简便。但商品化的路灯驱动器必须装在灯体里做成一体化结构。推广半导体路灯要考虑综合优势。仅仅从节电角度来讲，LED路灯的耗电量是钠灯的三分之一，但其价格比钠灯高许多，用 LED 灯代替钠灯成本回收周期会很长。但是，不能只从单灯的耗电量上来算经济帐，还要考虑用 LED 灯线路容量和供电设备容

27、量也相应的减少为钠灯的三分之一，并且使用寿命长，延长换灯的时间，维护工作量小，因此，综合使用成本远远低于道路照明最常用的钠灯，值得推广。第三部分采用 LED 光源的道路灯具应关注的焦点摘要：LED 作为一种新颖的固体照明光源，具有生产过程以及产品几乎无污染，不怕震动，可轻易实现0100%的连续调光，能在安全特低电压下工作，可连续工作于开关闪断的工作状态以及其光输出具有定向性等诸多独特的优势,近年来在其光效和光色上的明显进步已使它能进入商业化应用。但由于我国计划经济产业布局的影响以及 LED 的专业知识和照明电器综合知识在从业人员中普及的不足,造成了在实际的设计和应用中，没有针对 LED 的特点

28、进行扬长避短的应用，出现了众多不合理及不合格的应用产品。本文就 LED 应用于道路灯具中目前存在的问题进行了分析，也给出了解决问题的思路和实例，供广大同行参考。引言LED 应用于照明领域，是目前我国乃至世界照明界的热门话题，通过从业人员的不断努力，目前照明用白光LED 在通常的照明工作条件下的系统效率（包括驱动电路），已达到40lm/w，再加上照明用 LED 制造成本的大幅下降，所以照明用白光 LED 已具备应用到一些照明领域的商用条件。中国照明网技术论文LED 技术但是，由于我国从计划经济时代以来很多年的产业结构分布所造成的局面，使得目前制造照明 LED 的产业群体往往缺乏对照明电器基本知识

29、和要求的了解，而传统的照明灯具生产群体也往往缺乏对照明用 LED 特性的深入了解，在设计和应用中没有充分地利用 LED 的特点，进行扬长避短的使用，所以造成了在照明 LED应用到照明装置中时，产生很多不合理的错误设计。本文就目前照明用 LED 应用于道路灯具中的一些主要问题，提出如下的见解。一照明用 LED 在道路灯具中使用的特长1普通道路照明灯具的现状和缺陷目前道路灯具中普遍采用的光源是高压钠灯或金属齿化物灯，这两种光源的最大特点是，发光的电弧管尺寸小，由尺寸很小的电弧管产生很大的光输出，并且具有很高的光效，前者包括配套电器，可达110 lm/w，后者包括配套电器可达80 lm/w。但这类光

30、源应用在道路灯具中时，只有40%左右的光是直接透过玻璃罩到达路面的，其它的光是通过灯具反射器再投射出灯具的，目前普遍采用此类光源的传统灯具基本都存在两个不足，一是灯具直接照射的方向上照度很高，在次干道上可达50 lx 以上，这一区域属于明显的过度照明，而两个灯具的光照交叉处的照度仅为灯下照度的40%20%。二是此类灯具的反射器的效率一般仅为50%60%，所以有60%左右的光输出在灯具内，是在损失了40%30%后再投射到路面上的。此类灯具的总体效率一般都在70%左右（只有国际著名品牌的此类道路灯具其效率可达到80%），并且上述的过度照明区域中过多的照度也属于浪费。综合分析上述传统的道路灯具其综合

31、的有效照明效率（扣除过度照明部分）仅为50%。也因为上述原因，目前我国次干道的照明效果（路面照度和照度的均匀度）基本都达不到CJJ45-2006和 CIE31以及 CIE115标准的要求。2目前采用 LED 光源的道路灯具的配光现状目前 LED 在道路灯具中使用的最普遍形式主要有两类，一类是采用传统的道路灯具外壳，只是在灯具内，在一个几乎是平板的安装面（也是反光面）上，装上了矩阵式的 LED，这种设计方式是不可能得到良好的灯具配光的。另一类是把多个 LED 集成在一个圆形的区域内（区域直径大约为30mm40mm），使这一小区域的光输出密度接近高强度气体放电灯，再利用灯具反射器进行配光，但这种设

32、计方式的灯具分布光度也不会优于传统的道路灯具，并且由于在一个很小的区域内集成了高密度的 LED，使 LED 的散热情况明显不良，不仅影响到 LED 的发光效率，而且也往往影响到 LED 的使用寿命。3照明用 LED 的特长及应用目前照明用 LED 的最大特点是具有定向发射光的功能，因为目前功率型 LED 几乎都装有反射器，并且这种反射器的效率都明显高于灯具的反射器效率。另外，LED 的光效检测时已经包括了自身反射器的效率。采用 LED的道路灯具应尽可能地利用 LED 的定向发射光的特性，使道路灯具中的各个 LED 分别直接把光线射向被照路面的各个区域，再利用灯具反射器的辅助配光，来实现很合理的

33、道路灯具的综合配光。应该说，道路灯具要真正做到符合 CJJ45-2006和 CIE31以及 CIE115标准的照度和照度均匀度要求，灯具内应包含三次配光的功能才能比较好地实现。，而带反射器的并且具有合理的光束输出角度的 LED 本身就具有良好的一次配光功能。在灯具内，能按照路灯具高度及路面宽度设计各个 LED 的安装位置和发射光的方向就能实现良好的二次配光功能。在此类灯具中的反射器，只作为辅助的三次配光手段，来保证道路照度更好的均匀度。笔者在今年9月下旬参加了由上海市照明学会组织的对威海市次干道采用 LED 光源道路灯具的试验道路段的验收，这一试验道路的灯具及布局就是采用上述原理设计的，从现场

34、的实测结果来看，这一试验路段正是充分利用了 LED 合适的定向发光功能，并采用了三次配光方式，不仅使次干道道路的照度和道路路面的照度均匀度达到了国家标准的要求，而且在灯具的主要照明方向上，也防止了此区域的局部的过度照明。由于充分利用了 LED 的特点，并用合理的配光方式充分地利用了 LED 的光输出，从而弥补了 LED 本身光效不如 HID光源的不足，使整个道路单位面积在达到标准要求的前提下，其能耗仅为采用高压钠灯道路灯具的原照明设计的能耗的70%左右，取得了明显的节能效果。目前各级政府都大力推行节能减排，在室内照明中，已经强制执行照明功率密度（LPD）的限值。我国的道路照明节能认证的技术标准

35、道路照明灯具节能认证技术要求将在明年初完成，该技术要求提出了道路照明功率密度（LPD）的考核要求，其核心部分是在满足道路路面的照度和照度均匀度的前提下尽可能地降低照明功率密度（单位：W/m2）,从而达到节能的目的。上述采用 LED 的道路灯具的设计思路正是迎合了道路照明灯具节能认证技术要求考核要求。目前加拿大政府已经按道路照明功率密度（LPD）的要求，推行其道路照明节能工作，估计在不远的将来会有更多的国家按 LPD 的要求推行其道路照明节能工作。在实际的道路照明灯具的设计中，可采用在基本设定每一个 LED 设射方向的前提下，把每一个 LED 用球形万向节固定在灯具上，当灯具使用于不同的高度和照

36、射宽度时，可通过调整球形万向节使每一个 LED 的照射方向都达到满意的结果。在确定每一个 LED 的功率、光束输出角度时，可根据 E（lx）=I(cd)/D(m)2(光强和照度距离平方反比定律)，分别计算出各 LED 在基本选定光束输出角度时应该具备的功率，并且可以通过调整各LED 的功率以及 LED 驱动电路输出给每一个 LED 不同的功率来使每一个 LED 的光输出都达到预计值。这些调整手段都是采用 LED 光源的道路灯具所特有的，充分利用这些特点就能实现在满足道路路面的照度和照度均匀度的前提下降低照明功率密度,达到节能的目的。二采用 LED 的灯具设计的其它问题及解决方案1LED 的散热

37、工况和 IP 防护LED 的工作工况和散热不仅直接关系到 LED 实际工作时的发光效率，而且还关系到 LED 的使用寿命。又因为在户外使用的道路灯具，应具有一定等级的防尘防水功能（IP），良好的 IP 防护往往会妨碍 LED 的散热。解决这个相互矛盾但又都得解决的两个问题是道路灯具设计时应关注的一个重要方面。在这一方面也是国内把LED 应用于道路灯具中时出现不合格及不合理的情况最多的。国内目前使用中出现的不合格及不合理的情况基本有：（1）对 LED 采用了散热器，但 LED 连线的接线端子及散热器的设计无法达到 IP45及以上等级，无法满足GB7000.5/IEC6598-2-3标准的要求。（

38、2）采用普通的道路灯具外壳,在灯具出光面内用矩阵式 LED,这种设计虽说能满足 IP 试验，但是由于灯具内的不通风会造成在工作时，灯具内腔的温度会升高到5080，在如此高的工况下，LED 的发光效率是不可能高的，同时 LED 的使用寿命也将大打折扣。（3）在灯具内采用了仪表风扇对 LED 及散热器进行散热，其进风口设计在灯具的下方，以避免雨水的进入，出风口设计在下射 LED 光源的四周。这样也能有效避免雨水的进入，另外散热器和 LED（光源腔）不处于同一空腔内，这种设计如做的好，按灯具的 IP 试验要求，能顺利通过。（有一企业采用了上述设计思路，其产品的还通过了 VDE 的 IP65试验）这一

39、方案，不仅解决了 LED 的散热问题，而且同时满足了 IP 等级的要求。但是这种看似良好的设计，实际上存在明显的不合理情况。因为在我国绝大多数道路灯具的使用场合，空中的飞尘量是较大的，有时会达到很大（例如起沙尘暴），这类灯具在一般条件下使用一段时间后（约三个月至半年），其内部散热器的缝隙内就会塞满灰尘，使散热器效果大打折扣，最后还会使 LED 因工作温度过高而使用寿命明显缩短。这一方案的不足是在于不能持久良好地使用。要兼顾道路灯具中 LED 的散热及 IP 防护，较合理的设计指导思想是（1）在关键的散热位置，采用导热板。导热板是在金属板的内部，均布有供冷媒流动的细导管，并在细导管内充有冷媒，当

40、导热板的某一部位受热时，细导管内的冷媒会快速流动而使热量迅速地传导。好的导热板的热传导系数可以达到同厚度铜材板的812倍，虽说价格较高，但如在关键部位使用，对 LED 的散热将起到事半功倍的作用。（2）把灯具的外壳设计成散热器状。目前大部分的道路灯具外壳是铝材的，直接利用灯具外壳外面作为散热器既可以保证 IP 防护等级的要求，也可以得到很大的散热面积，另外，灯具外壳组成的散热器在有落尘时，可以通过自然的风雨而冲洗，从而可保证散热器工作的持续有效性。2LED 驱动电路的效率和输出特性LED 对驱动电路的要求是能保证恒流输出的特性，因为 LED 正向工作时结电压相对变化区域很小，所以保证了 LED

41、 驱动电流的恒定也就基本保证了 LED 输出功率的恒定。对于我国电源电压供应不稳定的现状，道路灯具 LED 的驱动电路具有恒流输出特性是十分必要的，可保证光输出恒定并且防止 LED 的超功率运行。要想使 LED 驱动电路呈现恒流特性，从驱动电路的输出端向内看，其输出内阻抗一定是高的。工作时，负载电流也同样通过这一输出内阻抗，如果驱动电路由降压、整流滤波后加直流恒流源电路或通用的开关电源加电阻电路组成，在其上必定也消耗很大的有功功率，所以此两类驱动电路在基本满足恒流输出的前提下，效率是不可能高的。正确的设计方案是采用有源电子开关电路或采用高频电流来驱动 LED，采用上述两种方案可以使驱动电路在保

42、持良好的恒流输出特性的前提下，仍具有很高的转换效率（有关 LED 驱动电路提高效率的介绍请参阅中国照明电器2007年第6期）。3野外照明灯具中电子驱动电路的防雷电感应目前我国的道路灯具，基本都采用 HID 光源加配触发器和电感镇流器的模式，这一模式虽说存在能效较低及频闪的问题，但其可靠性是很高的。而采用电子驱动电路的 LED 灯具，在野外照明场合使用时，威胁其可靠性的一个重要方面是雷电感应问题。众所周知，空中的闪电发射的是一广谱的无线电波，而架空的道路灯具供电线路，是良好的接受无线。两根电源线接收的同一闪电发出的无线电波，对驱动电路来讲是属于共模干扰信号，这种共模干扰对地可达数佰伏到数千伏，很

43、容易击穿驱动电路内的 EMC 接地电容或较小的对地（对外壳）的电气间隙，造成驱动电路的损坏。另外由于我国的供电线路是三相四线制中性线接地的极性电源，所以在两根架空供电线的各段，在感应到闪电的无线电波的瞬间，由于两根供电线对地的瞬时阻抗不同而使两根供电线间产生一个差模的干扰电压，这一瞬时差模干扰电压也可达到数百伏至3000多伏，这一电压往往会击穿驱动电路的电源整流二极管和印制线路板上的不同极性电极间的电气间隙，同样会使驱动电路损坏。要解决这一问题，必须在 LED 的驱动电路中的输入端，并接快速响应的压敏电阻，以保证差模干扰的泄放。由于闪电的感应干扰是重复多次的，当干扰电压高时，压敏电阻瞬时导通泄

44、放的电流可能很大，所以采用的压敏电阻不仅应具有快速的响应能力，还应具备瞬时导通数十安培的泄放能力而不损坏。除了采用压敏电阻外，LED 的驱动电路的输入端还应结合传导干扰（EMI）的防护，设计有复合的 LC 网络，使这些 LC 网络不仅能阻碍内部的 EMI 对电网的泄露，而且能对闪电的干扰信号起到明显的抑制作用。还有，LED 驱动电路各点对地的电气间隙应保持在7mm 以上，EMI 防护的接地电容以及驱动电路的对地绝缘强度，应达到强化绝缘（4V+2750V）的要求，这样能使 LED 的驱动电路具有良好的抗差模和共模雷电感应的能力。结论语LED 作为一种新颖的固体光源，具有生产过程及产品几乎无污染，

45、不怕震动,可实现0100%的连续调光，可在特低电压下工作，可连续工作于开关、闪断的工作状态以及其输出光具有定向性等诸多的独特优势,近年来在其光效和光色上的明显进步已使它能进入商业化应用，但是在设计使用时一定要充分关注 LED 的特点，进行扬长避短的应用，才能取得预期的良好效果。目前的 LED 应用在道路灯具中，应充分发挥其具有定向光输出的功能，利用每一单个 LED 特定光束输出角度和不同的光强输出以及安装方向的合理设计和灯具反射器的作用，实现三次配光，最大限度地利用 LED 的直射光和定向性来保持 LED 发射光的充分利用，保持道路照明的均匀性，以此来防止局部区域的过度照明，弥补自身发光效率的

46、不足，使系统效率得到可观的提高，在次干道上可取得在照度满足标准要求的前提下，其单位面积的照明能耗比采用高压钠灯的灯具节能约30%的成绩。但 LED 就现在的能效水平以及输出光强水平，作为商业应用在主干道路作为主照明，尚有不少差距。另外，采用 LED 作为光源的道路灯具，在设计时应在满足 IP 防护的前提下，保证散热的可靠和持续有效，LED驱动电路应具有高效率且完善的 EMI 和 EMS 的防护特性。具备这些特点的 LED 道路灯具不仅照明功率密度（LPD）指标好，而且具有输出光无频闪的优点，这对于运动物的照明是十分有益的。第四部分 LED 防爆灯介绍防爆灯具是指为了防止点燃周围爆炸性混合物如爆炸性气体环境、爆炸性粉尘环境、瓦斯气体等而采取的各种特定措施的灯具。防爆灯具的其中一个非常重要的防爆原理就是限制与爆炸性气体、爆炸性粉尘接触的外壳表面、零部件表面或电子元器件表面的温度以及限制电气接触表面温度低于其最小点燃温度或引燃温度。LED 防爆灯优势及 LEDLED 防爆灯具应用范围由于 LED 属于固态冷光源，具有电光转换效率高、发热量小、耗电量小、工作电压属安全低电压、使用寿命长等优点，因此大功率白光 LED 是防爆灯具，特别是可携式防爆灯具的一种非常理想的电光源。LED防爆灯，属于一种特种行业中用电气设备，主要解决照明问题，它包括灯壳、设置在灯壳前端的灯罩、设置于灯壳内部的发光