LED路燈設計目前面臨的技術(shù)難點(diǎn)

　　輸出功率及光通量提高還需要從大功率白光LED的外延技術(shù)、芯片工藝等基礎層次進(jìn)一步提升。在二次光學(xué)設計方面，LED的輻射形式有朗伯型、側射型、蝙蝠翼型和聚光型幾種。在道路照明領(lǐng)域，根據設計經(jīng)驗朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過(guò)二次光學(xué)設計，使得LED的光照范圍、光度曲線(xiàn)符合道路照明的需求。

　　目前LED在道路燈具中使用的最普遍形式主要是在燈具內，在一個(gè)幾乎是平板的安裝面（也是反光面）上，裝上了矩陣式的LED，這種設計方式是不可能得到良好的燈具配光的。

　　目前照明用LED的最大特點(diǎn)是具有定向發(fā)射光的功能，因為目前功率型LED幾乎都裝有反射器，并且這種反射器的效率都明顯高于燈具的反射器效率。另外，LED的光效檢測時(shí)已經(jīng)包括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)射光的特性，使道路燈具中的各個(gè)LED分別直接把光線(xiàn)射向被照路面的各個(gè)區域，再利用燈具反射器的輔助配光，來(lái)實(shí)現很合理的道路燈具的綜合配光。

　　應該說(shuō)，道路燈具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115標準的照度和照度均勻度要求，燈具內應包含三次配光的功能才能比較好地實(shí)現。，而帶反射器的并且具有合理的光束輸出角度的LED本身就具有良好的一次配光功能。在燈具內，能按照路燈具高度及路面寬度設計各個(gè)LED的安裝位置和發(fā)射光的方向就能實(shí)現良好的二次配光功能。在此類(lèi)燈具中的反射器，只作為輔助的三次配光手段，來(lái)保證道路照度更好的均勻度。

　　在實(shí)際的道路照明燈具的設計中，可采用在基本設定每一個(gè)LED設射方向的前提下，把每一個(gè)LED用球形萬(wàn)向節固定在燈具上，當燈具使用于不同的高度和照射寬度時(shí)，可通過(guò)調整球形萬(wàn)向節使每一個(gè)LED的照射方向都達到滿(mǎn)意的結果。在確定每一個(gè)LED的功率、光束輸出角度時(shí)，可根據E（lx）=I(cd)/D(m)2(光強和照度距離平方反比定律)，分別計算出各LED在基本選定光束輸出角度時(shí)應該具備的功率，并且可以通過(guò)調整各LED的功率以及LED驅動(dòng)電路輸出給每一個(gè)LED不同的功率來(lái)使每一個(gè)LED的光輸出都達到預計值。這些調整手段都是采用LED光源的道路燈具所特有的，充分利用這些特點(diǎn)就能實(shí)現在滿(mǎn)足道路路面的照度和照度均勻度的前提下降低照明功率密度,達到節能的目的。

　　2、LED路燈的散熱

　　LED路燈的散熱是需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一，不僅直接關(guān)系到LED實(shí)際工作時(shí)的發(fā)光效率，而且由于LED路燈亮度要求高、發(fā)熱量大，并且戶(hù)外這種使用環(huán)境比較苛刻，如果散熱不好會(huì )直接導致LED快速老化，穩定性降低。因為在戶(hù)外使用的道路燈具，應具有一定等級的防塵防水功能（IP），良好的IP防護往往會(huì )妨礙LED的散熱。解決這個(gè)相互矛盾但又都得解決的兩個(gè)問(wèn)題是道路燈具設計時(shí)應關(guān)注的一個(gè)重要方面。在這一方面也是國內把LED應用于道路燈具中時(shí)出現不合格及不合理的情況最多的。國內目前使用中出現的不合格及不合理的情況基本有：

　?。?）對LED采用了散熱器，但LED連線(xiàn)的接線(xiàn)端子及散熱器的設計無(wú)法達到IP45及以上等級，無(wú)法滿(mǎn)足GB7000.5/IEC6598-2-3 標準的要求。

　?。?）采用普通的道路燈具外殼,在燈具出光面內用矩陣式LED,這種設計雖說(shuō)能滿(mǎn)足IP試驗，但是由于燈具內的不通風(fēng)會(huì )造成在工作時(shí)，燈具內腔的溫度會(huì )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(shí)LED的使用壽命也將大打折扣計，實(shí)際上存在明顯的不合理情況。

　?。?）在燈具內采用了儀表風(fēng)扇對LED及散熱器進(jìn)行散熱，其進(jìn)風(fēng)口設計在燈具的下方，以避免雨水的進(jìn)入，出風(fēng)口設計在下射LED光源的四周。這樣也能有效避免雨水的進(jìn)入，另外散熱器和LED（光源腔）不處于同一空腔內，這種設計如做的好，按燈具的IP試驗要求，能順利通過(guò)。這一方案，不僅解決了LED的散熱問(wèn)題，而且同時(shí)滿(mǎn)足了IP等級的要求。

　　但是這種看似良好的設計，實(shí)際上存在明顯的不合理情況。因為在我國絕大多數道路燈具的使用場(chǎng)合，空中的飛塵量是較大的，有時(shí)會(huì )達到很大（例如起沙塵暴），這類(lèi)燈具在一般條件下使用一段時(shí)間后（約三個(gè)月至半年），其內部散熱器的縫隙內就會(huì )塞滿(mǎn)灰塵，使散熱器效果大打折扣，最后還會(huì )使LED因工作溫度過(guò)高而使用壽命明顯縮短。這一方案的不足是在于不能持久良好地使用。

　　要兼顧道路燈具中LED的散熱及IP防護，較合理的設計指導思想是

　　a、在關(guān)鍵的散熱位置，采用導熱板。導熱板是在金屬板的內部，均布有供冷媒流動(dòng)的細導管，并在細導管內充有冷媒，當導熱板的某一部位受熱時(shí)，細導管內的冷媒會(huì )快速流動(dòng)而使熱量迅速地傳導。好的導熱板的熱傳導系數可以達到同厚度銅材板的8~12倍，雖說(shuō)價(jià)格較高，但如在關(guān)鍵部位使用，對LED的散熱將起到事半功倍的作用。

　　b、把燈具的外殼設計成散熱器狀。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防護等級的要求，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(shí)，可以通過(guò)自然的風(fēng)雨而沖洗，從而可保證散熱器工作的持續有效性。

　　3、LED路燈的電源系統

　　LED路燈的電源系統也與傳統光源不同，LED所特需的恒流驅動(dòng)電源，是保證其正常工作的一大基石，簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)電源的方案常會(huì )帶來(lái)LED器件的損傷。如何使緊密壓縮在一起的一組LED安全、可靠地工作也是考察LED路燈的一個(gè)指標。

　　LED對驅動(dòng)電路的要求是能保證恒流輸出的特性，因為L(cháng)ED正向工作時(shí)結電壓相對變化區域很小，所以保證了LED驅動(dòng)電流的恒定也就基本保證了LED輸出功率的恒定。對于我國電源電壓供應不穩定的現狀，道路燈具LED的驅動(dòng)電路具有恒流輸出特性是十分必要的，可保證光輸出恒定并且防止LED的超功率運行。

　　要想使LED驅動(dòng)電路呈現恒流特性，從驅動(dòng)電路的輸出端向內看，其輸出內阻抗一定是高的。工作時(shí)，負載電流也同樣通過(guò)這一輸出內阻抗，如果驅動(dòng)電路由降壓、整流濾波后加直流恒流源電路或通用的開(kāi)關(guān)電源加電阻電路組成，在其上必定也消耗很大的有功功率，所以此兩類(lèi)驅動(dòng)電路在基本滿(mǎn)足恒流輸出的前提下，效率是不可能高的。正確的設計方案是采用有源電子開(kāi)關(guān)電路或采用高頻電流來(lái)驅動(dòng)LED，采用上述兩種方案可以使驅動(dòng)電路在保持良好的恒流輸出特性的前提下，仍具有很高的轉換效率。

　　目前我國的道路燈具，基本都采用HID光源加配觸發(fā)器和電感鎮流器的模式，這一模式雖說(shuō)存在能效較低及頻閃的問(wèn)題，但其可靠性是很高的。而采用電子驅動(dòng)電路的LED燈具，在野外照明場(chǎng)合使用時(shí)，威脅其可靠性的一個(gè)重要方面是雷電感應問(wèn)題。

　　眾所周知，空中的閃電發(fā)射的是一廣譜的無(wú)線(xiàn)電波，而架空的道路燈具供電線(xiàn)路，是良好的接受無(wú)線(xiàn)。兩根電源線(xiàn)接收的同一閃電發(fā)出的無(wú)線(xiàn)電波，對驅動(dòng)電路來(lái)講是屬于共模干擾信號，這種共模干擾對地可達數佰伏到數千伏，很容易擊穿驅動(dòng)電路內的EMC接地電容或較小的對地（對外殼）的電氣間隙，造成驅動(dòng)電路的損壞。