LED路燈設計

　　概論

　　LED路燈即半導體照明燈，以發光二極管作為光源，因其是一種固態冷光源，具有環保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點，做成的LED路燈。

　　路燈是城市照明的重要組成部分，傳統的路燈常采用高壓鈉燈，高壓鈉燈整體上光效低的缺點造成了能源的巨大浪費，因此，開發新型高效、節能、壽命長、顯色指數高、環保的路燈對城市照明節能具有十分重要的意義。

　　LED路燈與常規高壓鈉燈路燈不同的是，大功率LED路燈的光源采用低壓直流供電、由GaN基功率型藍光LED與黃色熒光粉合成的高效白光二極管，具有高效、安全、節能、環保、壽命長、響應速度快、顯色指數高等獨特優點，可廣泛應用于城市道路照明。

　　燈具的定義

　　凡能分配透出或轉變一個或多個光源發出的光線的一種器具，并包括支承固定和保護光源必需的包有部件，以及必需的電路輔助裝置和將它們與電源連的裝置。其基本組成包括：燈體(Housing)﹑光源(Luminaire)﹑反光罩(Reflector）、電器組件(Electricalassembly)等。

　　燈具的設計重點

　　燈具的設計重點，也就是燈具質量的衡量指標，主要包括以下幾個方面：

　　1、燈具的成本：材料成本(在滿足燈具各種性能的前提下盡量選用性價比高的材料)和生產成本(提高生產效率，單位時間內盡可能提高產能)燈具的安裝和維護性能燈具的外觀。

　　2、LED燈具散熱

　　建議：LED路燈LightBar安裝面用較易成型的2mm-3mm厚鋁板加工，上面另外固定鋁基Heatsink作散熱用，嘗試通過不同形狀及尺的Surface來得到最佳光學參數(配光曲線)。

　　優點：用較低的成本及較短的開發同期來確定新款燈具LightBar安裝面的形狀及尺寸。

　　一款好的路燈產品(截光燈具)，其光學設計必須滿足以下幾個要求：

　　1、配光曲線呈蝠翼狀(滿足道路照明所需要的延展性)；

　　2、最大光強方向不能大于65°(照明無眩光)；

　　3、80°方向上所發出的最大光強不能大于30cd/1000lm，90°方向上所發出的最大光強不能大于10cd/1000lm；

　　燈具的結構設計必須滿足：

　　1、結構合理，滿足燈具的各種機械及電氣性能(結構強度﹑防護等級﹑高壓及接地測試等)。

　　2、安全性

　　3、便于燈具的成品組裝。

　　4、便于燈具安裝及維護。

　　燈具的設計應盡可能考慮零配件的適配性及通用性。(降低成本，減少庫存及便于物料管理)

　　燈具的防塵、防水等級

　　目前采用特征字母“IP’’后面跟兩個數字來表示燈具的防塵、防水等級;第1個數字表示對人、固體異物或塵埃的防護能力,第二個數字表示對水的防護能力;在防塵能力和防水能力之間存在一定的依賴關系，也就是說第一個數字和第二個數宇間有一定的依存關系。

　　燈桿設計

　　燈桿的設計首先是要滿足其使用功能，即為保證有足夠的強度為燈具提供支撐，然后再考慮其美觀性，即與燈具及周圍環境的匹配。燈具的安裝仰角一般是由燈桿來決定的，其取值范圍為10°-15°。

　　燈桿(中桿)錐度取值范圍為1：90–1：110，其計算公式為(Φ1–Φ2)/H，另一種常用的表示方法為1：10–1：11，即燈桿每增加1米，燈桿直徑增加10(11)mm。

　　燈桿間距與燈桿高度的關系：D(燈桿間距)=3.5–4H(燈桿高度)。

　　燈桿表面處理：內外熱浸鋅(δ=65-100μm)后外表面噴塑(δ=80-120μm)。

　　燈桿設計完成后必須根據安裝地的最大風速及自身負載進行強度計算。

　　LED散熱設計的重要性

　　目標1：HigherFluxLED

　　提高LED的效率

　　提高電流(功率)

　　更高的結溫(Tj)

　　目標2：高性能LED

　　光學性能

　　高可靠性

　　依賴于結溫(Tj)

　　熱設計的關鍵要處理好結溫Tj

　　LED結溫計算方法

　　LED在使用過程中需要特別注意芯片的結溫Tj，假如LED的結溫超過規定的最高結溫，那么會嚴重影響LED的壽命，甚至造成LED損壞，因此為了確保LED產品正常工作，必須將結溫Tj控制在允許的范圍內，以免對LED造成不良影響。由于無法測得LED芯片上的結溫，所以在進行設計或實驗時，只能參考LED的Pin腳溫度或MCPCB接近LED芯片處的溫度，通過該溫度反推得到結溫Tj，公式如下：

　　結溫Tj=Pin腳溫度+熱阻×LED功耗

　　為了確保LED能正常工作，一般規定測量得到的LEDPin腳的溫度或MCPCB接近芯片處的溫度必須比根據上述公式算出的LEDPin腳或MCPCB板的上限溫度低10℃以上，但這僅僅只是一個上限值，原則上此溫度是越低越好。

　　例如某款LED，其最高結溫為120℃，熱阻為23℃/W，額定電壓為2.85V，額定電流為385mA，功耗為1.1W，所以算出此時Pin腳溫度為：

　　120℃-23℃/Wx1.1W=94.7℃

根據上述規定，實際測得的LEDPin腳或MCPCB板的溫度不能高于84.7℃

　　在實際使用中有時LED并不是以額定電流工作的，對上款LED，若其工作電流為300mA，則其功耗為0.86W，所以算出此時Pin腳溫度為：120℃-23℃/Wx0.86W=100.3℃

此時實際測得的LEDPin腳或MCPCB板的溫度不能高于90.3℃ 。

　　上表為LED結溫與其光輸出的關系。對白光而言，當Tj=20℃時，其光輸出為100%，當Tj=120℃，其光輸出只有原來的68%。
作為LED燈具，其散熱效果越好，則其光輸出性越好，燈具壽命也就越長。

　　總結

　　LED路燈進步明顯，展示了美好的發展前景。光效提高很快，整燈的光效最高超過80Lm/W，應用光效最高接近50Lm/W，主干道應用已露曙光；配光水平大為提高，均勻度相比高壓鈉燈已有優勢；光衰問題明顯改善，相比其它光源并不遜色。但是，色溫方面所暴露的問題要引起高度重視，歸納起來為五大挑戰：

　　1、led白光的接受程度；

　　2、光色的舒適感較差（較低色溫存在偏綠問題，較高色溫存在偏綠偏紫問題）；3、同型號產品色溫一致性不佳；

　　4、不同方向色溫的均勻性較差；

　　5、色溫的飄移較嚴重等。