智能LED照明系統設計流程探討

　　由于我國已成為繼美國之后的世界第二大電力消費大國，對于用電緊張的地區需要考慮是否引入太陽(yáng)能光伏供電系統，對于太陽(yáng)能板的安裝角度問(wèn)題可以采用通過(guò)多類(lèi)型傳感器融合數字信號跟蹤算法、利用緯度大致估計傾斜度等方法，如下表所示。

表1 太陽(yáng)能板安裝傾斜度緯度對照表

　?。?3） 參照元器件參數確定使用類(lèi)型

　　結合元器件參數指標，選擇不低于最低指標要求的電子元器件，由于LED 光學(xué)照明系統屬于熱量影響光輸出的特殊系統，因此需要確認LED的驅動(dòng)電流和結溫，這個(gè)環(huán)節需要實(shí)際測量而不能完全依賴(lài)技術(shù)手冊。

　　LED 照明測試參數一般包括光通量（ 單位時(shí)間內光源輻射產(chǎn)生視覺(jué)響應強弱的能力，單位是流明） ; 照明效率（ 單位是流明每瓦） ; 相關(guān)色度（ 與具有相同亮度刺激的顏色最相似的黑體輻射體的溫度，單位是開(kāi)氏度） ; 顯色指數，白熾燈的顯色指數定義為100，視為理想的基準光源。標準測試系統以8 種彩度中等的標準色樣來(lái)檢驗，比較在測試光源下與在同色溫的基準下此8 種標準色樣的偏離程度，以測量該光源的顯色指數，取平均偏差值Ra20 ～ Ra100，以Ra100 為最高，平均色差越大，Ra 值越低。低于Ra20 的光源通常不適于一般用途。

　　由于LED 自身的特點(diǎn)，要有效控制LED 的工作電流，同時(shí)降低最高工作環(huán)境溫度，否則將縮短LED 的使用壽命。

　?。?4） 結合實(shí)際亮度計算LED 數量及組合方式

　　根據不同的驅動(dòng)電路驅動(dòng)負載能力和LED 實(shí)際流明量計算出需要的LED 數量。同時(shí)需要注意，驅動(dòng)電路的電氣損失會(huì )降低總體照明效果，同時(shí)將輸入功率轉化為熱量，而且驅動(dòng)器的效率會(huì )隨負載變化而變化，因此不能隨意改動(dòng)設計方案的負載數量或連接方式。

　　在選取LED 顆粒時(shí)，由于各個(gè)廠(chǎng)家的制造工藝的差異致使各個(gè)LED 發(fā)光強度、驅動(dòng)電流、承受最大電流以及發(fā)熱程度有所差異，容易造成某個(gè)LED 的損壞而導致整個(gè)照明系統的壽命縮短，因此建議采用動(dòng)態(tài)驅動(dòng)電路控制LED 陣列，同時(shí)盡量采用同廠(chǎng)家同批次的LED 顆粒。

　　在使用陣列LED 時(shí)需要注意LED 的組合方式，常用的一般是平面陣列型和圓球陣列型，由于LED 集成在高密度區域，因此要考慮到散熱問(wèn)題的處理。

　?。?5） 比較設計方案并權衡成本效益

　　由于LED 照明設計屬于逐步成熟階段，因此在設計時(shí)提出至少兩套備用方案，根據實(shí)際環(huán)境測試情況選擇適當方案，方案間的優(yōu)勢和劣勢要有互補性。

　　在戶(hù)外使用的燈具要考慮達到一定的防塵防水等級，同時(shí)考慮到散熱性問(wèn)題，建議采用導熱板或將燈具外殼設計為類(lèi)似散熱器的機械結構。

　　另外，LED 戶(hù)外照明系統光學(xué)特性直接影響其輸出功率、配光曲線(xiàn)和光斑均勻性，在高質(zhì)量應用方案的制定時(shí)需進(jìn)行光學(xué)理論計算、計算機模擬及優(yōu)化、光學(xué)元器件精密加工和模具制造等環(huán)節，最終形成具備較好的均勻度，無(wú)熱點(diǎn)、眩光和光污染的光學(xué)系統。

　　這里需要注意重視照明成本。照明成本不僅涉及燈具的初始生產(chǎn)成本，還涉及燈具正常工作所需消耗能源的成本，當電燈無(wú)法正常工作時(shí)更換電燈所需的勞動(dòng)成本。白熾燈的初始成本很低，但它們將電能轉換成光能的效率比較低，而且容易燒壞。計算LED 的照明成本時(shí)一般都假定：

　　LED 燈的光輸出降到一半時(shí)，LED 燈的使用壽命就終止，因此假定典型LED 燈的壽命是7. 5 萬(wàn)h而非10 萬(wàn)h，同時(shí)照明成本的計算參量成為生產(chǎn)資料成本、能源損耗成本、生產(chǎn)維護成本以及貨幣流通等資金價(jià)值的總和。

　?。?6） 投入工程實(shí)踐并反復論證改進(jìn)

　　在工程實(shí)踐階段，對于PCB 板圖設計要考慮到散熱、防靜電和成本問(wèn)題。采取樣機內部試驗驗證光學(xué)指標、高低溫指標和電氣系統指標后送交第三方（ 例如國家電光源質(zhì)量監督檢驗中心、國家燈具質(zhì)量檢測中心等） 測試通過(guò)后再定型生產(chǎn)。

　?。?7） 監督施工環(huán)節并定期維護檢測在LED 照明系統工程安裝過(guò)程中要注意

　　1） 電源配置。確認輸入電源是直流還是交流、是否配置漏電保護裝置和過(guò)載保護裝置。

　　2） 防水結構。在戶(hù)外使用的LED 照明系統特別要考慮這類(lèi)問(wèn)題。

　　3） 實(shí)時(shí)監測。安裝前要檢測產(chǎn)品是否破損。

　　4） 控制LED 數量。不允許隨意串接數量。

　　5） 燈具打孔需要認真討論。確保燈具防水、防塵和散熱良好。

　　上述LED 照明系統設計的基本流程以及注意事項是以太陽(yáng)能光伏LED 路燈為例，但可以將所述設計流程和注意事項應用于其他LED 照明系統設計之中。

　　結束語(yǔ)

　　LED 照明系統作為新型高效固態(tài)光源、半導體照明光源具有無(wú)污染、壽命長(cháng)、指向性好及便于運輸等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應用于醫院、商場(chǎng)、賓館飯店及學(xué)校等場(chǎng)所的照明系統，伴隨著(zhù)智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及智能監測控制系統的照明應用展現出LED照明系統蓬勃的生命力和廣闊的應用前景。

　　在設計、安裝及使用的過(guò)程中結合文中所述LED 照明系統設計流程以及注意事項將會(huì )有助于完善LED 照明系統設計方案，提高LED 照明系統設計的安全性和可靠性，加速LED 照明系統的商業(yè)化進(jìn)程。