LED路燈的新型改良分析與設(shè)計(jì)

李鵬飛

【摘 要】LED路燈（Light Emitting Diode，發(fā)光二級(jí)管）即半導(dǎo)體照明燈。它是一種基于半導(dǎo)體PN結(jié)形成的用微弱的電能就能發(fā)光的高效固態(tài)光源，是一種固態(tài)冷光源，具有環(huán)保無(wú)污染、耗電少、光效高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此，LED路燈將成為道路照明節(jié)能改造的最佳選擇。本文通過對(duì)現(xiàn)有LED燈及常用路燈的分析，得出其存在的不足與缺陷，并有針對(duì)性的分別從驅(qū)動(dòng)、效率、配光等幾個(gè)方面闡述對(duì)LED路燈的改良方法。

【關(guān)鍵詞】LED路燈；新型改良

一、驅(qū)動(dòng)電路

目前市場(chǎng)上的LED驅(qū)動(dòng)主要是針對(duì)小功率的LED恒流源或恒壓源。由于LED為電流型驅(qū)動(dòng)器件，所以與之對(duì)應(yīng)的LED驅(qū)動(dòng)也應(yīng)該是恒流源，而LED路燈中是多顆LED組合在一起，所以LED驅(qū)動(dòng)器也需要多通道輸入。路燈則需要更高規(guī)格的LED，大電流高功率輸出是對(duì)LED驅(qū)動(dòng)IC的另一要求。因此，開發(fā)出由220V電轉(zhuǎn)換成LED可用的恒流源可滿足上述要求；此外高轉(zhuǎn)換效率，良好的熱處理也是LED驅(qū)動(dòng)起器的基本條件。LED燈的亮度與電流的大小有關(guān)，不穩(wěn)定的電流不僅使其亮度產(chǎn)生變化，也會(huì)影響LED的壽命。另一方面，因?yàn)槲覈?guó)路燈的輸入是220伏交流電，因此宜采用AC/DC的模塊，將

220AC轉(zhuǎn)換成12/24/36/48V的直流電壓然后通過LED驅(qū)動(dòng)電路來(lái)點(diǎn)亮LED燈。

二、效率提高

現(xiàn)有LED燈存在三個(gè)效率問題，即光源總光通量不足、燈具配光不佳以及驅(qū)動(dòng)電路損耗大。對(duì)此采用經(jīng)過優(yōu)化的精簡(jiǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)LED照明驅(qū)動(dòng)電源的組成器件與保護(hù)電路封裝在一起，根據(jù)既定應(yīng)用需求以最大程度地降低BOM成本和發(fā)揮其性能。這一架構(gòu)其實(shí)是將AC-DC整流部分集成于LED路燈電源的控制模組中，將LED電源的不同功能做成一個(gè)不同單元的應(yīng)用模塊。簡(jiǎn)化和用多個(gè)組合來(lái)有效降低輸出端與AC輸入端的電壓差，以此不再需要用到效率較低、成本較高、發(fā)熱量較大和體積較大的單端式驅(qū)動(dòng)模式，效率得以提升。

三、配光問題

LED路燈的配光主要有兩個(gè)方面，其一是如何由多個(gè)彩色的LED燈管，復(fù)合出我們照明所用的白色燈光；其二是LED的燈管按何種形式排列時(shí)可以達(dá)到預(yù)期的照明效果。對(duì)于路燈照明區(qū)的形狀問題，由于LED路燈是由多顆LED光源組成，LED光源又有很強(qiáng)的定向性能，但光源的投射距離有限，因此造成了燈下亮、兩燈之間暗，照度均勻度差的現(xiàn)象。在道路照明中，如果沒有對(duì)LED路燈光源配光，照射在路面上的光型為面積較大的圓形光斑，會(huì)有部分光散落到路面之外而沒有被利用。LED路燈的配光方案在道路照明要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行，同時(shí)要考慮控制眩光和考慮環(huán)境系數(shù)。對(duì)于LED的配光，有以下兩種方案：LED路燈的一次配光，即在功率型LED制造過程中，封裝時(shí)采用透鏡工藝可提高光效率、減少光輸出損失、改變光輸出特性；LED路燈的二次配光，即對(duì)LED路燈中的大功率LED采用透鏡或反光器進(jìn)一步改變輸出光特性。

四、外殼散熱

雖然白熾燈和螢光燈的能量損失大，但是大部分能量都是通過紅外線直接放射出去，光源的發(fā)熱少；而LED，除了作為可視光消耗的能量，其他能量都轉(zhuǎn)換成了熱。另外，由于LED封裝面積小，通過對(duì)流和輻射的散熱少，從而積累了大量的熱。而分析其產(chǎn)熱原因以及主要影響，主要有以下三個(gè)方面：一是熱膨脹導(dǎo)致彎曲和龜裂；二是電子電路的運(yùn)行障礙；三是材料品質(zhì)惡化。因此要有效利用LED安裝材質(zhì)和散熱器來(lái)解決散熱，就必須把握產(chǎn)生熱的傳熱路徑。熱解決重要的是排除傳熱路徑中阻礙傳熱的因素，比如可以考慮在傳熱路徑中使用導(dǎo)熱性能好的材質(zhì)、擴(kuò)大路徑的斷面面積、涂導(dǎo)熱潤(rùn)滑劑使產(chǎn)品的連接部位不留空隙。因此也必須提高散熱器表面的放熱特性。典型的方法就是在表面多安裝幾個(gè)散熱片，擴(kuò)大散熱器的放熱面積。

五、穩(wěn)定發(fā)光量

燈具發(fā)光量問題實(shí)際上是由電池放電的降壓和LED的溫度特性造成。通常蓄電池的放電過程大約有10%以上的壓降。對(duì)于一個(gè)1W的LED，假如正向電壓從3.4變到3.1V，其正向電流將會(huì)從350mA降低至100mA。即改變250mA。其輸出光通量將會(huì)降低60%左右。此外，通常LED的伏安特性具有負(fù)溫度系數(shù)，大約為-2mV/℃。如果環(huán)境溫度變化50℃，那么正向電壓就有可能變化0.1V。對(duì)于一個(gè)1W的LED，其正向電流就有可能變化100mA，即從350mA降低至250mA。而其發(fā)光量也會(huì)降低20%。相當(dāng)于隨溫度變化的光衰。為了徹底解決這個(gè)問題，就必須要采用恒流芯片來(lái)保持LED的正向電流不變。PAM2842是一種可以供給30個(gè)1瓦LED的恒流控制芯片，它可以在不論是由溫度變化還是由電池放電所引起的電壓變化情況下，保持LED的正向電流在3%以內(nèi)。也就是可以保持其短期光衰在3%以內(nèi)，從而保證其發(fā)光量的穩(wěn)定。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]羅桂娥.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2008

[2]陳明義.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2008