突破LED應用關鍵技術 實現LED路燈產業化

　　隨著社會發展的進步，節能減排成為了時代的強聲國家大政方針的確立，又為led應用發展提供了堅實的基礎。科技部“十城萬盞”路燈重大示范項目的實施，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標準和測量標準，沒有某些強制性的性能指標，在群雄四起的時代，LED路燈質量的良莠不齊，在一些地方過早地使用，影響了社會和用戶對LED燈具的信心。固此，加強技術研發持續提高LED路燈的整體綜合質量，依然是LED應用業界的重中之重。

圖1 大功率LED路燈

　　一、 LED路燈的散熱

　　在大功率LED路燈的整體設計過程中快速有效地散熱是LED路燈重點解決的問題，因為LED光源的光衰和壽命與工作溫度的高低有決定性關系。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介質。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介質，一旦介質泄漏即會造成整個熱管系統失效，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,需要熟練的專業技術人員方可。

　　2、自然散熱

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

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

　　總之，大功率LED路燈的散熱是一個系統工程，需要經過設計、試驗和檢測三部曲，只有這樣才能做到正真的科學與合理。

圖2 自然散熱的熱成像曲線圖

　　我們制作的一款功率為140W的自然散熱式大功率LED路燈經檢測在25℃常溫下，其LED結溫溫升為37℃，這樣的數值在國內業界是不多見的，我們還在作進一步的優化,以得到更理想的結溫溫度。

圖3 大功率LED路燈結溫溫升曲線圖

　　目前LED熱阻大約在8℃/W左右，隨著電光轉換效率的不斷提高，LED熱阻也將會繼續下降，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的設計，自然散熱方式才能真正體現出制造方便、價格低廉、性能可靠的優勢，也必將是未來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對加工精度產生影響。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相差很懸殊，注塑成形后也會因收縮率不同而產生變形，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來實現。我們采用其中的一種非對稱自由曲面技術，透鏡呈半球型，不同于現在見得很多的長條型透鏡，該透鏡具備自主知識產權。

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LED光學元件完成，路燈燈頭只要用矩形配光的模塊作一個陣列式安裝，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：

　　我和我的技術團隊在三年多的大功率LED路燈研發過程中取得了一些成績。共申請涉及大功率LED路燈專利20多件，其中國際專利1件。我深深領悟到大功率LED路燈的設計與制造，首先需要對于LED特性有一個深刻準確的理解，并且這種理解還需要始終貫穿整個過程。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發的產品品質成正比，理解的越“深”就越能掌控產品的品質。此外，大功率LED路燈的研發是多學科技術的的合成。最簡單的例子就是一個內在質量好的LED路燈，還需要美學的支撐，一個造型優美的外型能讓你的產品錦上添花，因為時代和社會都需要美。