大功率LED道路照明光源的調光方案

前言

　　商品化的、發光效率大于100 lm/W 的照明級高亮度白光LED（HBW-LED，以下簡稱為LED）技術的飛速發展，為第四代照明帶來了前所未有的機遇，是一種具有廣泛應用前景、性能優良的道路照明光源。

　　雖然如此，應該看到在實際使用中，人們不僅對道路照明的現場環境、照明舒適度以及照明節能的要求越來越高，而且對品種豐富多樣、功率越來越大的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方面：

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

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

　　因此，針對上述兩點，需要對不同照明模式下LED道路照明光源的調光方案進行專門研究。

　　1 發光二極管道路燈具的調光特性分析

　　無論是從當前道路照明的角度出發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，而且會帶來一系列相關聯的特性改變。主要的相互關聯有：LED 芯片的發熱溫升、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、驅動器工作特性、壽命變化等等一系列的問題。

　　1.1 LED 道路照明光源的調光模式

　　從實際使用的角度來看，LED 道路照明光源的調光模式主要分為有級型和無級型兩大類，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的，也是最簡單、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LED 單元都具有獨立的配光特性，采用在驅動器的輸出制式配合下，單元分組調光這種最簡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，是一種較為優良的調光方式。在驅動器的配合下，可以實現多檔調光。

　　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LED 單元分別擔任不同的光輸出角色，總體用來形成滿足配光要求的光輸出特性，具有構成簡單、操控方便等特點。通過LED 單元非均勻分組排列的形式來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、次車道全照明模式（組1 ＋組2），以保障主/快車道及次/慢車道的交通安全；后半夜交通流量很小，僅為主/快車道的道路照明模式（組2）。由此可見在同樣的照明光源功率下，這種調光的方式較圖1 來說就顯得更為簡單明了。

　　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，通過開閉相隔的光源來達到調光/減光的目的，方法簡易、操控方便。雖然單個光源的光輸出特性、照明效果、芯片的發熱量、出光效率、使用壽命以及驅動器特性、使用壽命等在調光前后沒有變化，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/慢車道和小道上使用。