突破LED應用關(guān)鍵技術(shù) 實(shí)現LED路燈產(chǎn)業(yè)化

　　隨著(zhù)社會(huì )發(fā)展的進(jìn)步，節能減排成為了時(shí)代的強聲國家大政方針的確立，又為led應用發(fā)展提供了堅實(shí)的基礎?？萍疾俊笆侨f(wàn)盞”路燈重大示范項目的實(shí)施，眾多省市熱情高漲的自主LED路燈項目，這如火如荼的燎原之勢，明示了LED無(wú)可置疑的節能效果和其應用的強大生命力。但由于目前LED路燈尚缺少統一的技術(shù)標準和測量標準，沒(méi)有某些強制性的性能指標，在群雄四起的時(shí)代，LED路燈質(zhì)量的良莠不齊，在一些地方過(guò)早地使用，影響了社會(huì )和用戶(hù)對LED燈具的信心。固此，加強技術(shù)研發(fā)持續提高LED路燈的整體綜合質(zhì)量，依然是LED應用業(yè)界的重中之重。

圖1 大功率LED路燈

　　一、 LED路燈的散熱

　　在大功率LED路燈的整體設計過(guò)程中快速有效地散熱是LED路燈重點(diǎn)解決的問(wèn)題，因為L(cháng)ED光源的光衰和壽命與工作溫度的高低有決定性關(guān)系。目前LED路燈主要采用熱管散熱和自然散熱2種方式。

　　1、熱管散熱

　　熱管廣泛用于CPU的散熱，效率高，但需配帶熱管和運動(dòng)介質(zhì)。還需要配合燈具結構作彎、壓加工，制作和安裝復雜，比較適合集成LED模組光源中使用，如50W、100W甚至更大功率的集成LED。由于在熱管中加有運動(dòng)介質(zhì)，一旦介質(zhì)泄漏即會(huì )造成整個(gè)熱管系統失效，而導致LED結溫急劇上升。此外，不管由于某種原因造成LED路燈失效，修理也較復雜,需要熟練的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員方可。

　　2、自然散熱

　　自然散熱是目前LED路燈比較常見(jiàn)的散熱方式，具有制作簡(jiǎn)單，性能可靠，成本低廉的特點(diǎn)，但效率較低。如何提高散熱效率是應用自然散熱方式的關(guān)鍵所在，我認為首先要有良好的材質(zhì)和導熱界面，足夠的散熱面積和蓄熱能力，在必須滿(mǎn)足以上的幾個(gè)條件的基礎上，自然散熱方式的燈具設計的真諦在于突出一個(gè)“快”字，也就是如何提高冷熱空氣的快速流動(dòng)交換是關(guān)鍵，使路燈上的熱量通過(guò)冷熱空氣的迅速移位而散發(fā)出去，從而達到事半功倍的效果。一味盲目簡(jiǎn)單地增加熱容量和散熱面積，只會(huì )將LED路燈做得重量很重外形不美的產(chǎn)品，這是走進(jìn)了采用該種散熱方式的認識和設計的誤區。

　　此外，充分降低各節點(diǎn)之間的熱阻，以及高效驅動(dòng)電路的設計和合理安裝也是非常重要的。

　　總之，大功率LED路燈的散熱是一個(gè)系統工程，需要經(jīng)過(guò)設計、試驗和檢測三部曲，只有這樣才能做到正真的科學(xué)與合理。

圖2 自然散熱的熱成像曲線(xiàn)圖

　　我們制作的一款功率為140W的自然散熱式大功率LED路燈經(jīng)檢測在25℃常溫下，其LED結溫溫升為37℃，這樣的數值在國內業(yè)界是不多見(jiàn)的，我們還在作進(jìn)一步的優(yōu)化,以得到更理想的結溫溫度。

圖3 大功率LED路燈結溫溫升曲線(xiàn)圖

　　目前LED熱阻大約在8℃/W左右，隨著(zhù)電光轉換效率的不斷提高，LED熱阻也將會(huì )繼續下降，大大降低了采用自然散熱路燈的設計難度，LED綜合性能的不斷提高加上精心科學(xué)的設計，自然散熱方式才能真正體現出制造方便、價(jià)格低廉、性能可靠的優(yōu)勢，也必將是未來(lái)LED路燈散熱的主流方式。

　　 二、LED路燈的二次配光

　　LED的二次光學(xué)設計決定了LED路燈的配光及光輸出效率。是評判LED路燈整燈質(zhì)量最重要的組成部分之一。目前LED路燈所運用的LED大致為單顆集成式和單顆陣列式二種，單顆集成式LED模組有30W、50W、100W甚至有200W的，現在廠(chǎng)家用的透鏡基本都是采用玻璃制作的，但玻璃加工難度大，批量制造一致性差，機床、模具和工人操作都會(huì )對加工精度產(chǎn)生影響。另外也不適宜用PMMA塑料制造，因為集成LED模組所用透鏡體形大，為了能夠達到配光的效果，內部結構之間的厚度會(huì )相差很懸殊，注塑成形后也會(huì )因收縮率不同而產(chǎn)生變形，因此難以達到準確配光。

　　LED路燈矩形光斑的二次配光可以有幾種技術(shù)來(lái)實(shí)現。我們采用其中的一種非對稱(chēng)自由曲面技術(shù)，透鏡呈半球型，不同于現在見(jiàn)得很多的長(cháng)條型透鏡，該透鏡具備自主知識產(chǎn)權。

圖4 大功率LED路燈透鏡

　　我們的LED路燈采用單顆1W陣列式方案，二次配光直接由單個(gè)LED光學(xué)元件完成，路燈燈頭只要用矩形配光的模塊作一個(gè)陣列式安裝，即可達到理想的使用效果。

圖5 大功率LED路燈配光圖

　　整體LED路燈經(jīng)測試表明達到了比較好的配光效果，其均勻度為0.57。

　　
圖6 大功率LED路燈照度模擬圖

　　寄語(yǔ)：

　　我和我的技術(shù)團隊在三年多的大功率LED路燈研發(fā)過(guò)程中取得了一些成績(jì)。共申請涉及大功率LED路燈專(zhuān)利20多件，其中國際專(zhuān)利1件。我深深領(lǐng)悟到大功率LED路燈的設計與制造，首先需要對于LED特性有一個(gè)深刻準確的理解，并且這種理解還需要始終貫穿整個(gè)過(guò)程。某種程度可以這樣認為：對于LED特性準確的理解程度與所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品品質(zhì)成正比，理解的越“深”就越能掌控產(chǎn)品的品質(zhì)。此外，大功率LED路燈的研發(fā)是多學(xué)科技術(shù)的的合成。最簡(jiǎn)單的例子就是一個(gè)內在質(zhì)量好的LED路燈，還需要美學(xué)的支撐，一個(gè)造型優(yōu)美的外型能讓你的產(chǎn)品錦上添花，因為時(shí)代和社會(huì )都需要美。