大功率LED道路照明光源的調光方案

前言

　　商品化的、發(fā)光效率大于100 lm/W 的照明級高亮度白光LED（HBW-LED，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為LED）技術(shù)的飛速發(fā)展，為第四代照明帶來(lái)了前所未有的機遇，是一種具有廣泛應用前景、性能優(yōu)良的道路照明光源。

　　雖然如此，應該看到在實(shí)際使用中，人們不僅對道路照明的現場(chǎng)環(huán)境、照明舒適度以及照明節能的要求越來(lái)越高，而且對品種豐富多樣、功率越來(lái)越大的LED 道路照明光源的光輸出特性要求也不同。主要體現在以下兩個(gè)方面：

　　●道路照明光環(huán)境的多樣性，即從單一照明時(shí)段滿(mǎn)光輸出到根據需求不同時(shí)段的可變光的輸出；

　　●道路照明節能的要求，即整個(gè)照明時(shí)段從全功率照明到某些時(shí)段的降功率照明，這樣既可以滿(mǎn)足道路安全的要求，又可以節約大量的能源。

　　因此，針對上述兩點(diǎn)，需要對不同照明模式下LED道路照明光源的調光方案進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究。

　　1 發(fā)光二極管道路燈具的調光特性分析

　　無(wú)論是從當前道路照明的角度出發(fā)還是從節能方面的考量，LED 道路照明的調光需求都是合理且必要的。由于LED 器件自身固有的特性，調光不僅造成光輸出量減少的單一變化，而且會(huì )帶來(lái)一系列相關(guān)聯(lián)的特性改變。主要的相互關(guān)聯(lián)有：LED 芯片的發(fā)熱溫升、出光效率、使用壽命的變化，以及照明光源的光輸出特性、道路的照明效果、驅動(dòng)器工作特性、壽命變化等等一系列的問(wèn)題。

　　1.1 LED 道路照明光源的調光模式

　　從實(shí)際使用的角度來(lái)看，LED 道路照明光源的調光模式主要分為有級型和無(wú)級型兩大類(lèi)，具體的分析如下：

　　1.1.1 LED 的有級型調光模式

　　LED 的有級型調光是最常見(jiàn)的，也是最簡(jiǎn)單、使用最方便的調光方式。

　　鑒于單片封裝LED功率的相對較小及光源整體散熱的限制，LED 道路照明光源一般均采用多單元的陣列結構。每一個(gè)LED 單元都具有獨立的配光特性，采用在驅動(dòng)器的輸出制式配合下，單元分組調光這種最簡(jiǎn)單的形式或者借鑒傳統道路照明調光方式的路燈間隔照明的減光方式。不僅如此，依據LED 道路照明光源調光對其光輸出特性的影響，又可以細分為以下幾種：

　　1.1.1.1 LED 單元的均勻分組調光

　　對于具有滿(mǎn)足道路照明要求光輸出特性的LED單元，其均勻分組調光只改變道路照明光源光輸出強度的大小，幾乎不改變其光輸出的特性，可以獲得調光前后一致的整體光輸出特性，是一種較為優(yōu)良的調光方式。在驅動(dòng)器的配合下，可以實(shí)現多檔調光。

　　圖1 給出了在同一道路照明光源內多單元LED（在采用透鏡配光的、單一的LED 單元就能夠滿(mǎn)足配光特性要求的前提下）的調光原理a 及光源內LED 單元均勻分組排列的結構示意b（一種樣式）。由此可以得出，調光前后的對比只是改變光源光強輸出的大小，而不改變本身的配光特性，因此調光的效果是比較理想的，但是調節明暗的平滑度稍差，不能隨意地調節。

　　1.1.1.2 LED 單元的非均勻分組調光

　　同一道路照明光源內LED 單元的非均勻分組調光，主要是每個(gè)LED 單元分別擔任不同的光輸出角色，總體用來(lái)形成滿(mǎn)足配光要求的光輸出特性，具有構成簡(jiǎn)單、操控方便等特點(diǎn)。通過(guò)LED 單元非均勻分組排列的形式來(lái)獲得在調光模式下保證道路照明效果。

　　圖2 給出了這種調光原理a 及調光前后的LED 單元組亮滅的變化情況b。例如，城市道路照明中的前、后半夜需要不同的照明模式：前半夜為主、次車(chē)道全照明模式（組1 ＋組2），以保障主/快車(chē)道及次/慢車(chē)道的交通安全；后半夜交通流量很小，僅為主/快車(chē)道的道路照明模式（組2）。由此可見(jiàn)在同樣的照明光源功率下，這種調光的方式較圖1 來(lái)說(shuō)就顯得更為簡(jiǎn)單明了。

　　1.1.1.3 LED 道路光源的間隔調光

　　LED道路照明光源的間隔調光是仿照傳統道路照明，如高壓鈉燈（HPS）路燈的調光方式，通過(guò)開(kāi)閉相隔的光源來(lái)達到調光/減光的目的，方法簡(jiǎn)易、操控方便。雖然單個(gè)光源的光輸出特性、照明效果、芯片的發(fā)熱量、出光效率、使用壽命以及驅動(dòng)器特性、使用壽命等在調光前后沒(méi)有變化，并且也能夠獲得很高的節能效果（50%），但是其致命的缺點(diǎn)是對總體道路照明的光照均勻度影響較大，易形成照明暗區即所謂的“斑馬效應”， 嚴重影響到道路的行車(chē)安全，達不到國家對道路照明的規范要求，因此只適宜于對照明要求不太嚴格的次/慢車(chē)道和小道上使用。