摘要：道路用LED燈具的散熱性能、配光和相關(guān)安全性能將直接影響到LED燈具的實(shí)際應(yīng)用，本文針對(duì)上述問題進(jìn)行了系列研究，設(shè)計(jì)出了較合理的散熱系統(tǒng)，配光曲線以及合理的燈具安全結(jié)構(gòu)，實(shí)踐證明效果良好，將促進(jìn)LED燈具快速的進(jìn)入實(shí)際的應(yīng)用。
一、前言
隨著LED的光通量超過100lm/W，LED作為功能性照明逐漸被重視，很多國(guó)內(nèi)外的廠商對(duì)LED燈具進(jìn)行了研究。雖然LED道路照明燈具的有效光通量逐漸滿足了道路照明要求，但是LED畢竟是一種新型的照明光源，還需要很多研究人員對(duì)其進(jìn)行深入研究。
二、LED燈具的相關(guān)性能研究
本文主要對(duì)道路照明用LED燈的三個(gè)方面進(jìn)行了闡述和研究：燈具散熱、燈具配光和燈具的安全。
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LED芯片幾乎20%的能量轉(zhuǎn)化為光，而80%的能量卻以熱的形式釋放出來，而LED的電壓，光通量，光效都會(huì)隨著溫度的升高而線性降低，如圖1，圖2和圖3。
圖 1 光通量隨溫度的變化曲線
圖2 電壓隨溫度的變化曲線
圖3 光效隨溫度的變化曲線
另外燈具散熱效果也將直接影響燈具的使用壽命，如圖4所示。
圖4 使用壽命與結(jié)溫的關(guān)系
所以如何有效的散熱對(duì)于發(fā)展LED道路照明的關(guān)鍵，主要涉及四個(gè)方面：傳導(dǎo)（材料熱傳導(dǎo)系數(shù)，施加溫度等）、對(duì)流（對(duì)流換熱系數(shù)和環(huán)境流體溫度，表面熱流量），輻射（加快輻射的材料）、材料性能（熱應(yīng)力應(yīng)變分析，熱疲勞分析，熱致結(jié)構(gòu)失效分析等）。
對(duì)于傳導(dǎo)：1、使用快速傳熱的材料如熱管，銅，鋁等；2、減小界面熱阻；對(duì)于對(duì)流：1、增大與空氣的接觸面積；2、加大材料的熱容；3、增加對(duì)流等。對(duì)于輻射：1、采用新型的輻射材料，可以使低于100度的散熱器輻射效率升高。對(duì)于材料性能：主要考慮熱應(yīng)力應(yīng)變分析，熱疲勞分析，熱致結(jié)構(gòu)失效分析等�？紤]到上述因素，可設(shè)計(jì)出較合理的燈具結(jié)構(gòu)（雙重散熱結(jié)構(gòu)），如圖5所示。
圖5 合理散熱結(jié)構(gòu)的燈具
上述燈具設(shè)計(jì)采用熱管通過LED集成模塊背面將LED模塊的熱量快速抽運(yùn)到燈具兩側(cè)，有可上下通風(fēng)的散熱片對(duì)其散熱；另外一部分熱量可由LED模塊背后的散熱器進(jìn)行散熱。
（二）燈具配光
由于道路的差異，需要設(shè)計(jì)出具有不同配光曲線的燈具，并不是一種配光就可滿足不同的需要，但是目前應(yīng)用較多的，使用量較大的還是如圖6所示蝙蝠翼式配光。
圖6 LED路燈的配光效果
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除了IP等級(jí)，EMI,EMC，耐壓測(cè)試等常規(guī)安全性能外，還應(yīng)該考慮實(shí)際應(yīng)用中的不安全因素，本文主要介紹三種：
目前的LED道路燈具，為了很好散熱，常常將LED散熱器直接暴露于空氣中，如圖7所示。
圖7 常見的LED路燈外形
對(duì)于暴露于空氣中的散熱結(jié)構(gòu)，經(jīng)常會(huì)遇到如沙塵，鳥糞，酸雨等狀況。長(zhǎng)時(shí)間使用過程中，尤其在我國(guó)西部，會(huì)有大量的沙塵不斷的集結(jié)于燈殼上，雖然說大雨可以沖洗燈殼，但是實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)效果并不像我們想象的那樣好。對(duì)于出口到國(guó)外的燈具，直接面臨的大量鳥類在燈殼上休息，甚至安家等問題，對(duì)于鳥糞，幾乎沒有大雨能將其洗凈，將直接影響燈具的散熱，壽命和美觀。另外目前燈具外殼為了美觀有些公司采用噴漆或著色工藝，即影響散熱，且在酸雨的侵蝕下，燈殼將出現(xiàn)銹跡斑斑的現(xiàn)象。在大量實(shí)際應(yīng)用總結(jié)和不斷改進(jìn)、創(chuàng)新中，圖8所示的燈具可有效避免上述問題。
圖8 路燈的結(jié)構(gòu)示意圖
三、結(jié)論
LED燈具將逐漸進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，針對(duì)如此大的市場(chǎng)，質(zhì)量將決定LED相關(guān)企業(yè)最終的市場(chǎng)份額。 |
