大功率LED道路照明光源的調(diào)光方案

　　在道路照明中，由于室外的環(huán)境條件較為惡劣，位于光源內(nèi)（溫度有80~90℃以上）LED 的溫度較高，極端條件下幾乎接近于其所允許的最高范圍，因此散熱問(wèn)題是LED 道路照明的核心問(wèn)題之一，需要下工夫來(lái)解決。具體可參見(jiàn)圖9 所示。

　　基于此，在調(diào)光運(yùn)行模式下LED 所具有的較低運(yùn)行溫度對(duì)于提高其使用的壽命是非常有益的。 1.2.2 LED 驅(qū)動(dòng)器的特性及壽命

　　要使LED 道路照明能夠有效地發(fā)揮其固有的優(yōu)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)器的性能至關(guān)重要，也就是說(shuō)驅(qū)動(dòng)器性能的優(yōu)劣直接關(guān)聯(lián)到LED 道路照明的使用和照明效果。由于道路照明環(huán)境的嚴(yán)酷性和高可靠性的要求，通常驅(qū)動(dòng)器需要具備以下的基本性能：

　　①輸出余量：20%~-40%；

　?、谳斎腚妷海?0~305 VAC；

　?、坌剩?80%~92%；

　?、芄β室驍?shù)：0.90~0.99；

　?、荻嗉?jí)驅(qū)動(dòng)隔離；

　?、?×104 h 耐久性測(cè)試；

　?、? 000 kV 浪涌測(cè)試；

　　⑧內(nèi)外部防雷系統(tǒng)；

　?、岱浪燃?jí)：IP67~68。

　　特別是在要求調(diào)光的情形下，LED 的表現(xiàn)更直接受制于驅(qū)動(dòng)器的性能優(yōu)劣。目前對(duì)LED 器件及道路照明配光特性研究的文獻(xiàn)較多，而對(duì)其在實(shí)際照明光源條件下的工作條件、整體輸出特性可靠性及使用壽命等的研究相對(duì)較少。經(jīng)統(tǒng)計(jì)顯示，影響LED 驅(qū)動(dòng)電源壽命的一大主要因素是輸入濾波電解電容器在道路照明光源內(nèi)高溫環(huán)境下（80~90℃）的有效壽命問(wèn)題，一般規(guī)律是：使用的環(huán)境溫度每升高10℃，電解電容器壽命將會(huì)減少一半。通常電解電容器的使用壽命在5000 h 以下，并且與使用的環(huán)境溫度有很大關(guān)系。雖然目前市場(chǎng)上有一種105℃的高溫電解電容器的標(biāo)稱(chēng)壽命為1×105 h，并且在85℃環(huán)境下理論工作壽命可達(dá)4×105 h。按每天LED 照明光源工作12 h 來(lái)計(jì)算，理論上可用10 年，但是其造價(jià)較高，并且不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品差異也較大?；诖?，研究減少直至取消電解電容器的LED 驅(qū)動(dòng)器是一課題方向。

　　圖10給出了基于某種特定產(chǎn)品的LED 驅(qū)動(dòng)器的使用壽命與溫度的關(guān)系、驅(qū)動(dòng)器輸出功率與其溫升的關(guān)系。

　　由圖10 所示，LED 驅(qū)動(dòng)器的工作壽命與其溫度呈現(xiàn)出較大的衰減特性。在調(diào)光運(yùn)行的條件下，由于LED 負(fù)載變輕導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器輸出功率降低，其內(nèi)部開(kāi)關(guān)等器件的溫升較低，因此從使用的角度來(lái)考量調(diào)光運(yùn)行對(duì)驅(qū)動(dòng)器的使用壽命是有利的，即能夠在較大的程度上提高其使用壽命，但是從其整體效率上來(lái)說(shuō)，由于輸出功率的減小（特別是在調(diào)光的最小輸出狀態(tài)下），而其自身功耗的減小程度相對(duì)輸出功率來(lái)說(shuō)比較小，因此將造成其整體效率的下降，這需要特別注意。

　　1.2.3 LED 光源的光輸出特性及道路照明效果

　　一般來(lái)說(shuō)，LED 道路照明光源的光輸出特性是依據(jù)道路照明規(guī)范的要求來(lái)確定的。在LED 道路照明光源光輸出特性的設(shè)計(jì)上，主要是采用LED 的一次配光（自身的封裝透鏡形成LED 器件）、二次配光（外加配光透鏡形成LED 單元）和三次配光（光源內(nèi)安裝的排列方式）或其中的一、二次配光方式來(lái)獲得滿(mǎn)意的道路照明效果。而在調(diào)光的運(yùn)行模式下，LED 光源的光輸出特性及道路照明效果就變得較為復(fù)雜，要分別加以分析。

　　1.2.3.1 LED 道路光源的光輸出特性

　　對(duì)于滿(mǎn)足道路照明要求的、具有獨(dú)立的光輸出特性的單個(gè)LED（單元）而言，有兩種情況需要考察：

　?、俨捎脽o(wú)級(jí)調(diào)光（線(xiàn)性、模擬或PWM）的方式，即所有LED 均參與調(diào)光，調(diào)光的結(jié)果只改變光源的整體光輸出的大小，而不改變其光輸出的特性，因此是一種理想的調(diào)光方式；

　?、谕ㄟ^(guò)LED（單元）來(lái)分組調(diào)光的情形，由于不是每個(gè)LED（單元）都參與調(diào)光運(yùn)行的，因此調(diào)光后光源的光輸出特性是改變的，此時(shí)光源的光輸出特性有可能不能滿(mǎn)足道路照明的相關(guān)要求，需要分門(mén)別類(lèi)地加以認(rèn)真考慮和選擇。

　　1.2.3.2 LED 道路光源的照明效果

　　在上述光輸出特性中提到，在調(diào)光模式下LED 道路照明光源的配光曲線(xiàn)有可能發(fā)生改變，而光源的光輸出特性對(duì)道路照明的效果起到?jīng)Q定性的作用，因此撇開(kāi)采用間隔照明在道路上形成的連續(xù)暗區(qū)、嚴(yán)重影響道路交通安全不說(shuō)，單單就上述的具有不同的光輸出特性的LED 道路照明光源來(lái)說(shuō)，光源的光輸出特性都是在全功率輸出條件下獲得的，因此凡是調(diào)光后光輸出特性改變的，不管改變多少，程度如何，對(duì)道路的照明都存在著一定的影響。因此，LED 道路照明的調(diào)光問(wèn)題是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，實(shí)際運(yùn)用時(shí)應(yīng)該以保證道路的照明效果和交通安全為前提，不能為了節(jié)能而節(jié)能，忽視了道路的交通安全，否則將是得不償失。

　　2 結(jié)束語(yǔ)

　　總之，社會(huì)經(jīng)濟(jì)及城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，使得LED 道路照明在實(shí)際使用過(guò)程中，人們不僅滿(mǎn)足于對(duì)其光輸出特性的要求，而且對(duì)道路照明光源所提供的照明品質(zhì)、照明環(huán)境、照明舒適度和照明節(jié)能等也提出了更高的要求，特別是對(duì)LED 道路照明條件下的交通安全、治安環(huán)境等要求也很高。這就要分別加以認(rèn)真分析和仔細(xì)研究。特別是要依據(jù)不同調(diào)光方式下LED道路照明光源所所具有的各自特點(diǎn)以及相適用的道路照明現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，對(duì)LED 道路照明光源的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。這樣，對(duì)今后LED 道路照明光源大范圍的推廣和應(yīng)用都具有積極的意義。

　　LED的無(wú)級(jí)型模擬調(diào)光是基于恒流的驅(qū)動(dòng)條件下，通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器的控制端加以直流控制電壓（如0~10V）或電阻等方式來(lái)改變驅(qū)動(dòng)器輸出電流的大小值，也即可以調(diào)節(jié)道路照明LED 單元的發(fā)光強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)的關(guān)系近似為線(xiàn)性，調(diào)光原理光輸出與可調(diào)電阻對(duì)應(yīng)關(guān)系可參見(jiàn)圖4 所示。該模擬調(diào)光具有電路簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)時(shí)電流的過(guò)沖小、效率相對(duì)較高優(yōu)點(diǎn)。存在的主要問(wèn)題是：

　　調(diào)光時(shí)的色溫將發(fā)生變化，不適合對(duì)色溫要求恒定的照明光源，但是對(duì)于不太重要的道路照明可能影響不大。因此是一種較理想的、具有較好效果的道路照明調(diào)光方案。

　　1.1.2.3 LED 的脈寬調(diào)制（PWM） 型無(wú)級(jí)調(diào)光

　　為了解決LED 的無(wú)級(jí)型線(xiàn)性調(diào)光和LED 的無(wú)級(jí)型模擬調(diào)光方案所帶來(lái)的諸多不利問(wèn)題，提高LED 道路照明的效果及調(diào)光運(yùn)行的效率，通過(guò)利用人眼的暫留視覺(jué)特性，在不改變LED 瞬時(shí)電流大小的前提下，只改變其輸出電流的占空比（即電流有效值改變），來(lái)獲得調(diào)光的目的，就是一種理想的調(diào)光方式。調(diào)光的關(guān)系式可表述為：

　　DIM-LED= DIM× LED,

　?。ㄊ街校?DIM-LED 為L(zhǎng)ED 調(diào)光的平均電流， DIM 為調(diào)光控制波形的占空比； LED 為L(zhǎng)ED 正常電流。）圖5 給出了具體的應(yīng)用原理a、光輸出與調(diào)光信號(hào)占空比的對(duì)應(yīng)關(guān)系b，可供參照。

　　其主要的優(yōu)勢(shì)是：基于白光LED 的特性，調(diào)光時(shí)光源的色溫將能夠保持不變，因此對(duì)道路照明的效果就更為有利；不足之處是：調(diào)光運(yùn)行時(shí)LED 的過(guò)沖電流較大，發(fā)光效率有所降低，并且整個(gè)電路也較為復(fù)雜。