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1、中南林业科技大学本科毕业论文 LED在道路照明中的解决方案及应用1 引言路灯是城市照明的重要组成部分，传统的路灯常采用高压钠灯，高压钠灯360度发光，光损失大的缺点造成了能源的巨大浪费。当前，全球的环境在日益恶化，各国都在发展清洁能源。而随着国民经济的高速增长，我国能源供需矛盾日渐突出，电力供应开始存在着严重短缺的局面，节能是目前所急需解决的问题。因此，开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的LED路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。道路照明与人们生产生活密切相关，随着我国城市化进程的加快，LED路灯以定向发光、功率消耗低、驱动特性好、响应速度快、抗震能力高、使用寿命长、绿色环保等优势
2、逐渐走入人们的视野、成为目前世界上最具有替代传统光源优势的新一代节能光源，因此，LED路灯将成为道路照明节能改造的最佳选择。LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是，大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于城市道路照明。外罩可用PC管制作，耐高温达135度，耐低温达-45度。 LED路灯即半导体照明灯。它是一种基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源，在一定的正向偏置电压和注入电流下，注入P区的空穴和注入N区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而
3、发出光子，将电能直接转化为光能。它是一种固态冷光源，具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点，因此，LED路灯将成为道路照明节能改造的最佳选择。 图1：LED路灯2国家对LED在路灯中应用的支持国家为发挥科技支撑作用，促进经济平稳较快发展，着力突破制约产业转型升级的重要关键技术，推动节能减排，有效引导我国半导体照明应用的健康快速发展，扩大半导体照明市场规模，拉动消费需求，促进产业核心技术研发与创新能力的提高，迅速提升我国半导体照明产业的整体竞争力，在天津市、河北省石家庄市、河北省保定市、辽宁省大连市、黑龙江省哈尔滨市、上海市、江苏省扬州市、浙江省宁波市、浙江省杭州市、福建省厦门市、福建省福
4、州市、江西省南昌市、山东省潍坊市、河南省郑州市、湖北省武汉市、广东省深圳市、广东省东莞市、四川省成都市、四川省绵阳市、重庆市、陕西省西安市等21个城市开展半导体照明应用工程（简称“十城万盏”）试点工作。 图2：LED路灯道路安装2.1LED路灯的应用案例： 广东省从2009年起，开始大规模实施“千里十万”LED路灯产业化示范推广工程，建设总里程1500公里左右、规模约10万盏的LED路灯示范推广工程。扬州计划两年投入3.3亿元应用5万盏LED灯具升级城市道路照明。 厦门计划两年推广3万盏LED道路照明灯具。 图3：深圳LED路灯工程案例 4、成都计划实施1.5万盏LED路灯推广项目。 图4：L
5、ED路灯东莞大朗工程5、山东省潍坊市于2006年开始实施LED照明示范工程，安装LED路灯已超过3万盏。今后，新建道路和公共场所一律安装LED灯，到2011年累计安装LED路灯10万盏。 6、石家庄将推广使用8000盏LED路灯。其他城市LED道路照明项目都已经陆续启动。 7、美国洛杉矶计划5年内设置14万盏LED路灯；纽约州，犹他州已经启动LED路灯的招标；台湾地区宣示三年内更换128万盏LED路灯。 图5：大功率LED路灯工程2.2LED路灯应用所带来的效益在不改变道路亮度的前提下，用LED路灯替换传统的路灯能为国家、地方每年减少财经支出、节约能源、减少有害气体的排放；使用科技含量较高节能
6、环保的绿色照明，有助于城市整体形象的提升；与传统路灯相比，LED路灯显色指数高，真实反映路况和环境状况，大大提高道路照明的质量；2.2.1经济效益： 表：路灯替换高压钠灯经济效益对比表名称250W替代对比LED路灯400W替代对比LED路灯灯类HPS-250WSPL-120WHPS-400WSPL-180W灯泡功率（W）250120400180电源功率（W）802013025实际耗电功率（W）330140530205日耗电量（度/日）3.961.266.361.85年耗电量（度/年）1445.4459.92321.4897.9电费（元/年）1329.77423.112135.69826.07维
7、护（元/年）20002000灯泡（元/年）10002000总费用（元/年）1629.77423.112535.69826.07两组数据分别节省：1206.66元/年，1309.62元/年（电费0.92元/度） 2.2.2环境效益 中国大部分电能来自于火力发电站，如果用标准煤发电，需要燃烧0.374kg的标准煤才能得到1度电，并且产生0.011kg的与0.381kg的。分别用120W的LED路灯替换250W的高压钠灯表2：LED灯替换高压钠灯减少与的年排放量项目数值（120W/盏）数值（180W/盏）节省标准煤(kg/年)368.577615.66减少的排放/年(kg/年)10.84118.10
8、8减少的排放/年(kg/年)375.476627.1833LED路灯相关标准.中国大陆的LED路灯标准目前中国大陆已经建立起比较完善的灯具标准体系，可供LED路灯参考使用的相关标准有：GB7000.5-2005道路与街道照明灯具安全要求；BG7000.1-2007灯具第一部分：一般要求与试验；GB/T24827-2009道路照明灯具性能要求；GB17743-2007电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限制和测量方法；GB17625.1-2003电磁兼容限制谐波电流发射限制（设备每相输入电流16A）；GB17625.2-2007电磁兼容限制对每相额定电流16A且无条件接入的设备在公用低压供电系统
9、中产生的电压变化、电压波动和闪烁限制；GB/T18595-2001一般照明用设备电磁兼容抗扰要求。路面面积不同，灯杆高度不同，对路灯在空间光分布的要求也就有所不同，这就使得路灯的配光性能和配光测试显得尤其重要。对于灯具的光度测量已有相应的国家标准GB/T9468-2008灯具分布光度测量的一般要求，该标准是对先前标准GB/T9468-1988修改而成的。但是，对于灯具测量后得到的光分布结果如何进行评价，目前还没有对应的国家标准，致使对于灯具的好坏没有一个统一的评判尺度。3.2 台湾地区的LED路灯标准台湾地区于2006年10月修订公布了CNS10779道路照明标准，于2008年3月修订公布了C
10、NS9118道路照明灯具标准，台湾工业技术研究院于2008年8月发布了发光二极管道路照明灯具标准（草案）。台湾的LED路灯标准草案已经应用于LED道路照明示范，不仅用其验证LED路灯产品的性能，同时对标准的修正提供重要的参考。LED路灯标准草案的主要内容包含适用范围、测量条件、规格和试验方法。.适用范围本规范适用于LED路灯，具体包含电源供应器、散热装置、光学设计及相关机械结构。.测量条件测量条件包含温度（252）、湿度（相对湿度为6020%）、稳定状态（点亮60分钟后测试）、试验用电源（变动范围为0.5%）及光强度测量注意事项。.规格主要内容包含绝缘电阻、绝缘耐压试验、枯化点灯、基本特性、电
11、压变动率、温度循环、开关试验、耐久性试验、耐湿开关、突波保护、电磁、防尘防水、风洞试验和振动试验。在基本特性款项中要求：“LED路灯的功率因子须在0.9以上，且其功率因子测试值须在标示值95%以上，总电路功率需在厂商标示值110%以内，输入电流谐波失真不得超过表3的规定值，且电流总谐波失真不得大于33%”。表3：谐波容许值谐波次数（n）容许谐波最大值（以输入电流基波的百分比表示）22330y51077953备注：y为功率因子在配光特性款向中要求：“LED灯具光度分布必须符合表4的要求（光度角度示意图见图6），LED路灯的初始发光效率不得低于表5的规定”。图6：光度角度示意图表4 灯具光度特性单
12、位：光度（cd）/灯具光通量（klm）灯具型试铅直角90铅直角80铅直角70铅直角65铅直角60水平角90水平角90水平角6590水平角6090水平角6590二方向（型）遮隔型10以下30以下180以上半遮隔A型30以下120以下90以上半遮隔B型60以下150以下150以上无遮隔型100以下150以上全周（型）遮隔型10以下30以下半遮隔A型60以下150以下无遮隔型表5 灯具之初始发光效率等级发光效率（Lm/W）175260350LED路灯主要应用到城市快速路、主干路、次干路、支路、工厂、学校、园林、各种住宅小区、庭院等道路照明。4与传递光源相比LED路灯的优势与以高压钠灯为代表的传统路灯
13、比较，LED路灯具有很多显在和潜在的优势。4.1光效高，能耗低目前大功率白光LED的光效已超过100lm/W，科锐（Cree）、欧司朗（Osram）光电半导体等公司的大功率白光LED的实验室水平早在2009年年初就达160lm/W。根据美国能源部（DOE）预测，到2020年前后，大功率LED商业产品的光效可以达到165lm/W，实验室样品光效可以达到230lm/W。到2020年之后，LED光效基本不再会有大的提高，将进入一个迟缓期。在道路照明方面，高压钠灯因为其光效可达到120lm/W而占主导地位。但是，随着LED光效的不断提高，高压钠灯路灯的垄断地位岌岌可危。目前在次干道上使用的150W以下
14、的LED路灯，已体现出明显的节能优势。传统路灯光源一般向整个空间发光，但需要路灯照亮的只是行车和行人的路面，因此在路灯灯具设计时，为了尽可能地使灯光均匀并集中地投射到路面上，需要使用曲面反射器来收集光线，使其向所需要的方向照射。在光线传播过程中，由于光源的阻挡和反射面的吸收而损失，致使路灯的出光效率仅为65%70%。反观LED路灯，因其具有良好的方向性，在采用二次光学透镜时，灯具效率可达80%左右。如果再进行三次光学设计，灯具的出光效率可达85%90%。表列示了某一400W的高压钠灯与一盏250W的LED路灯灯具效率及路面利用率等参数比较。表 400W高压钠灯与250W的LED路灯参数比较路灯
15、类型额定功率（W）光源光效（Lm/W）灯具效率（%）路面利用率（%）实用光通量（Lm）高压钠灯400125705519.000LED25090809016.000事实证明，用配光科学合理的100W的LED路灯替代次干道上使用的250W的高压钠灯路灯，不仅能达到道路照明标准要求的平均照度，而且均匀度也得到大幅提高。而高压钠灯路灯的平均照度局部区域可能较高，但均匀度却很差。由此可见，LED路灯具有相当大的节能空间。高强度放电（HID）灯路灯，一般只能在小范围内进行调光，而LED路灯可以实现从0%100%范围内的调光控制，可以根据环境光照和交通状况灵活调节光输出，在保证照明需求的情况下降低不必要的能
16、耗。由此可见，对于占总照明用电量约为15%20%的道路照明来说，大规模地推行LED路灯，对于节能降碳具有重要意义。.使用寿命长路灯的寿命直接影响整个道路照明的维护成本。目前高压钠灯的寿命一般为2万小时左右，道路照明用高压钠灯的使用寿命仅约5000小时，而大功率LED的寿命一般达57万小时。高压钠灯和LED的平均寿命定义是不同的。高压钠灯的平均寿命定义为“将一批受试光源样品点燃至50%数量损坏时的时间”，而LED的平均寿命则是指“将一批受试样品点燃至50%数量的光衰至70%的时间”。若按高压钠灯的寿命定义来衡量LED，寿命为5万小时的LED则可达10万小时；若按LED的寿命定义来衡量高压钠灯，寿
17、命为2万小时的高压钠灯仅约1万小时。当然，LED的寿命并不是LED路灯的寿命。LED路灯的寿命是由LED光源寿命和驱动电路的寿命共同决定的，而LED及其驱动电路的寿命取决于灯具的散热能力、电路拓扑结构及其电子元器件的选择等多种因素。从目前的技术水平看，LED路灯的寿命可以超过高压钠灯路灯。.低光衰光衰小，一年的光衰不到3%，使用10年仍达到道路使用照度要求，而高压钠灯光衰大，一年左右已经下降30%以上，因此，LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低。 .显色性好白光LED的光色比高压钠灯好。在中间视觉水平下，人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物。虽然在传统光源中高压钠灯的光效最高，
18、但其显色性最差，显色指数Ra仅约20。如此差的显色性只能帮助人们察觉道路状况，并不能帮助行人清晰辨别。而LED的显色指数可达80左右，基本上接近自然光，对颜色的呈现更为真实，更能够反映出物体本身的颜色。LED的高显色性无疑有助于司机和行人识别目标，在同样的路面亮度下提供更好的通行条件。4.5快速启动白炽灯一点即亮，但实际上的启动时间约0.10.2秒。高压钠灯和金卤灯等气体放电灯从启动到稳定光输出需要几十秒乃至十分的时间，在关闭后需等待36分钟冷却后方可启动。而LED的启动时间仅为几十钠秒（ns），也不存在重新启动的等待时间，LED灯具可以正常工作在连续开/关状态。4.6便于光学设计LED体积小
19、，可以在半平面上定向发光，在灯具设计时可以将其近似视为是点光源，非常适合于采用透镜或反射器来进行光学设计，获得比较理想的配光，实现较高的灯具效率。.完美的调光功能LED 能实现较完美的调光功能。由于LED 的工作范围较大，其光输出和工作电流成正比，因此可以减小电流的方法来调光。另外，由于LED 进行频繁开关对其没有太大的损伤，LED 的调光还可以采用脉冲宽度调节的方法来得到，通过调节电压的占空比和工作频率，能够有效调节LED 的发光强度。.光通量损失小，光利用率高在灯具的光学系统内，LED 光源的光通量损失最小。与传统光源不同，LED 是半空间发光的光源。高压钠灯或金属卤化物灯是全空间发光的光
20、源，需要将一个半空间的出射光线改变180方向投向另一半空间内。当我们依赖反射器来完成时，反射器对光线的吸收和光源自身的挡光是不可避免的。而使用LED 作为光源，不会存在这方面的损失，光线的利用率比传统光源高。.造型可塑性强，结构牢固LED路灯灯具的造型可塑性强，可以通过造型设计来体现装饰性和地方人文特色，增添美感和城市意象的附加价值。LED是一种固态光源，不含玻璃和灯丝等易损坏部件。LED灯具通过合理设计，在结构上可以做得非常牢固。.抗震性能好，低工作电压LED 的基本结构是一块电致发光的半导体材料，放置在一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED 的抗震性
21、能好。LED是低压器件，驱动单颗LED的电压为安全电压，系列产品单颗LED功率都为1瓦，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所.低碳环保，尤其适合采用太阳能光伏技术高压钠灯等气体放电灯含有汞等有害物质，光源废弃后会对环境和水源造成长期严重污染。LED芯片及其封装可以满足欧盟RoHS指令要求，不含汞和铅等有害物质。LED废弃后可以回收利用，不会对环境造成污染。LED直流驱动之特点，尤其适合采用太阳能光伏技术和风光互补技术应用于道路照明，从而实现真正意义上的节能环保照明。.具有潜在总成本优势目前LED路灯灯具单价比高压钠灯路灯高4倍以上。一盏250W的LED路灯功效相当于400
22、W的高压钠灯路灯，但前者价格为60008000元，后者仅为1500元。但是，LED路灯的高光效和长寿命特点只要能够充分发挥，可以依靠节约的电费和维护费用收回初始成本的差价。随着LED路灯技术的逐渐成熟和初始成本的不断降低，其在总成本上的潜在优势用不了多长的时间就会显现出来。LED路灯目前存在的问题虽然LED路灯与传统路灯比较具有一些优势，但由于LED路灯的发展时间很短，目前仍处于试验和探索阶段，有一些LED路灯在示范应用中出现了诸多问题，并没有达到人们预期的效果。目前LED路灯存在的不同程度的问题表现为：实际发光效率低于高压钠灯路灯，在照明效果上路面亮度偏低，均匀性差，“斑马效应”比较明显，只
23、能满足照明级别比较低的道路，例如灯杆在8米以下的次干道；色温过高，刺眼，无舒适感；散热性能差，温升过高，致使光衰比较严重，可靠性变差；驱动电源性能差，故障层出不穷，从LED路灯早期失效的情况下，有95%以上的故障都是由驱动电路损坏所致；成本太高，一次性投入太大，成为推广应用的一大瓶颈；由于尚无统一的LED路灯技术标准，不同厂家的产品通用性极差，维护十分困难。出现上述这些问题的原因很多，既有技术层面上的因素，也有思维定势等方面的影响。事实上，LED路灯是一个系统工程。由于LED光源与高压钠灯本质不同，在设计方法上LED路灯与传统路灯是截然不同的。设计人员除了灯具的设计经验外，还需要对LED的性能
24、有一个全面而深入的了解。有些路灯生产厂家在还不甚了解LED道路照明制作要求和特点的情况下，沿用传统路灯设计思路来设计LED路灯，在造型上仍采用常规“蛇头”外形，套用气体放电灯的概念，认为只要将一定功率的LED排放在灯座中就可以满足路面照明要求。按照这样的思路设计和生产的LED路灯，不可能做到实用化。LED路灯需要破解的技术难点夜晚来临时，你驾车行驶在马路上，路灯忠实地陪伴你，使你安全地回家。路灯带给你的视觉舒适感受首先来源于路面的亮度比较均匀，然后马路两边的人或物也能看见，使你能了解可能会突发的情况。路灯的照明达到了上述的要求时，它的配光一定是合理的。因此，如果你使用LED 路灯时，虽然它拥用
25、较好光色、寿命长、调光功能等优点，它的配光水平仍然是致关重要的。目前，LED 路灯刚刚起步，需要不断地完善，无论是路灯的光学结构设计，散热技术，还是驱动电源设计，都还在不断改进中。LED路灯要想大规模地应用，成为道路照明的主流光源，还面临一些需要解决的难点。归纳起来，主要难点有三个，即光学设计、散热问题及驱动电源设计。.光学设计便于光学设计本来是LED路灯的一大优势，但同时又是一大难点。从LED路灯配光角度来说，其光输出特性只有满足表2所示的CJJ45-2006道路照明标准规定要求才具有实用价值。表：CJJ45-2006规定的道路照明要求等级道路类型路面亮度路面照度阀值增量(%)环境比SRmi
26、n平均亮度（）总均匀度（）纵向均匀度（）平均照度（）均匀度（）I快速路主干道1.5/2.00.40.720/300.4100.5次干道1.75/1.00.40.510/150.35100.5支路0.5/0.750.48/100.315注：新CIE115规定SR对于小路也为0.5LED 路灯和使用传统光源路灯的光学设计方式是不同的。传统光源路灯是通过使用反射器将一个光源的光通量平均分配到受照路面上。而LED 路灯的光源由非常多个LED 组成，通过设计每个LED 的投射方向，使受照路面获得均匀的照度。KB8w2u|%照明工程师社区+s Z&%m(nT#_LED路灯配光包括一次配光（采用封装透镜）、
27、二次配光和三次配光。当通过二次配光可以满足路面亮度、照度及其均匀度要求时，则无需再进行三次光学设计。要满足道路照明的要求，LED路灯的配光必须经过多次反复设计才能实现。目前人们研究出很多LED路灯配光方案，例如LED一次配光（即透镜封装）加灯具的二次配光、LED的二次配光（利用二次透镜）加灯具的三次配光及反射器配光等，但是，无论哪一种配光方案，还不能做到科学合理，不同程度地存在整体光学效率低、存在较大眩光和路面亮度、照度均匀性差等问题。目前，LED 路灯在次干路和支路上的应用前景非常好。次干路是城市中与主干路结合组成路网，起集散交通作用的道路。次干路的照度要求达到15lx，照度均匀度0.4，平
28、均亮度要求达到1.0cd/m2，亮度总均匀度0.4，亮度纵向均匀度0.5，阈值增量10。达到节能水平的LED 路灯，在照明质量达到以上要求的同时照明功率密度应小于国家标准的规定，当车道数4 条时，照明功率密度0.70，车道数4 条时，照明功率密度0.85。为满足上述要求，LED 路灯的配光形状应有严格的要求。在马路的纵向，光束应投射到较远的地方，使得灯具的间距增大。在路灯的下方，光强应是最小的，随着仰角 增大，光强I增大。当I和 满足一定的函数关系时，路面能得到均匀的照度。此函数关系如下图7：照明工程师社区j,Z$N V5Fp照明工程师社区a0k3C4F_ i4t 图7当然，由于光学设计的复杂
29、性，配光形状难以完全符合此函数关系，可以减小 角的投射范围，减少灯间距来得到均匀的照度。在马路纵向，最大光强度的投射方向与马路纵线应成一定的角度c，角度c 的大小决定于马路的宽度，见图8。在垂直于马路的方向上，路灯的配光曲线形状也可以按这个函数关系设计， 角的范围决定于马路的宽度(c=90)和人行道的位置(c=270)，见图9。照明工程师社区esy!N | Ei x图8图9目前，在许多工厂设计的LED 路灯中也不乏有配光姣好的例子。比如图10 是一款120WLED 路灯的配光曲线。它的最大光强通过c 角15， 角57.5。c=0、180、15的配光曲线的形状接近于公式1 的函数关系式。此灯具用
30、在四车道的次干路上，双侧对称布置，当灯杆高度为8 米，灯具间距30 米时，照明质量符合国家关于道路照明标准的要求，结果如表7。其照明功率密度(LPD)是0.70，也达到了对高压钠灯路灯的照明功率密度要求。图10i!Cyh%z 表7：国家关于道路照明标准的要求路面平均亮度亮度总均匀度0.47路面的纵向亮度均匀度0.54路面平均照度15.4lx路面照都均匀度0.49阀值增量8.9%前面提到过LED 光源的半空间发光的特点，LED 光源在灯具内使用，光源光通量的损失比高压钠灯或金属卤化物灯少。就目前来讲，LED 光源的光效达不到高压钠灯或金属卤化物灯的水平，即相同功率的光源，光通量没有高强度气体放电
31、灯高。但是，由于LED 光源的半空间发光的特点，使得LED 灯具的光通量输出可以接近于高强度气体放电灯灯具水平。当路灯将光线照射到路面上，光线的投射方向只存在半个空间。高强度气体放电灯的发光空间占据了整个空间，见图5(a)。如果没有灯具，光源的上半空间光线全部浪费。使用灯具，反射器可以将上半空间的光线反射到下半空间内，但反射器对光线的吸收作用，以及光线反射时受到光源自身的遮挡转换成热能，或反射器对光线二次反射的再吸收，光源的一部分光线损失了。照明工程师社区-OvD GiHA灯具效率是反映光源光线损失程度的参数。从小功率高压钠灯路灯(70W150W)光度性能状况来看，灯具效率一般处于6575%的
32、水平。以100W 高压钠灯为例，也就是说即使光源的光通量达到8000lm，路灯的光通输出有5200lm6000lm。LED光源在这方面是具有优势的，LED 的发光只存在于半个空间，见图5(b)，在不用灯具的情况下，也能将光线100%投射到路面。对灯具需要设计的是在较小的角度范围内改变光线的投射方向，在这个过程中，光的损失是微小的。目前，LED 路灯的光效达到了4050lm/W，以100WLED 路灯为例，灯具光通量输出可以达到40005000lm。目前，LED 路灯才刚刚起步，相信不断地加强设计力量，路灯的配光会更加优化，最后达到完美。（a）气体放电灯 （b）LED光源图11f3Y sNl-w
33、目前，LED 路灯还不能用于主干路。主干路是连接城市各主要分区的干路，采取机动车与非机动车分隔形式。机动车在主干路上的行驶速度比次干路快，照明水平比次干路高。主干路的照度要求达到30lx，照度均匀度0.4，平均亮度要求达到2.0cd/m2，亮度总均匀度0.4，亮度纵向均匀度0.7，阈值增量10。达到节能水平的路灯，应在照明质量应达到以上要求的同时照明功率密度应小于国家标准的规定，当车道数6 条时，照明功率密度1.05，车道数6 条时，照明功率密度1.25。主干路上大多使用250W 或400W 高压钠灯路灯，250W或400W 高压钠灯的光源光通量达到28000lm(250W)和48000lm(
34、400W)。这种大功率路灯的灯具效率一般在7585%之间，因此，灯具的光通量输出最低也有21000lm。以一盏250W高压钠灯路灯为例，灯具效率83.5%，配光曲线如图12 所示，其最大光强通过c 角10，角70.0。c=0、180、10的配光曲线的形状良好。这款路灯可使用在四至六车道的主干路，路面照明质量结果如表8。目前，光通量小是LED 路灯不能应用在主干路上的主要原因。不同光通量档次的灯具应使用在不同级别的道路，否则，达不到节能的效果。表8照明工程师社区(r0Tv5wuN车道数：四车道安装高度：16米，灯间距：36米车道数：六车道安装高度：15米，灯间距：30米路面平均亮度路面平均亮度亮
35、度总均匀度0.67亮度总均匀度0.69路面的纵向亮度均匀度0.86路面的纵向亮度均匀度0.87路面平均照度34.0lx路面平均照度31.5lx路面照都均匀度0.71路面照都均匀度0.84阀值增量9.9%阀值增量9.7%照明功率密度照明功率密度图126.2散热问题LED路灯的散热能力直接影响LED的实际发光效率及其寿命。LED为电致发光器件，在其工作过程中只有15%25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高，导致光效急剧下降。如果LED结温超过最高允许温度（一般为125），LED将会因过热而损坏。因此在LED灯具设计中，最重要的一项工作便是散热设计。LED灯具的散热系
36、统包括LED模组的散热和灯具结构（如外壳）上的散热片散热，其中后者是目前常见的散热方式，由于LED路灯的工作环境比较恶劣，易积聚尘沙和飞虫，散热器表面易被腐蚀氧化，这就会影响灯具内LED及电器的散热，导致LED路灯使用寿命的缩短。LED路灯散热技术，一般使用多为导热板方式，是一片5mm厚的铜板，实际上算是均温板，把热源均温掉；也有加装散热片来散热，但是重量太大。重量在路灯系统上十分重要，因为路灯高有9米，若太重危险性就增加，尤其遇到台风、地震都可能产生意外.国内有厂家采用全球首创的针状散热技术，针状散热器的散热效率要比传统片状散热器有很大幅度提高，能使LED结温比普通散热器低15以上，并且防水
37、性能比普通铝型材散热器要好，同时在重量和体积上也有所改进。 LED路灯的散热方式主要有：自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。加装风扇强制散热方式系统复杂、可靠性低，热管和回路热管散热方式成本高。而路灯具有户外夜间使用、散热面位于侧上面以及体型受限制较小等有利于空气自然对流散热的优点，所以LED路灯建议尽可能选择自然对流散热方式。 LED路灯散热设计中存在的问题有：散热翅片面积随意设定，散热翅片布置方式不合理，灯具散热翅片的布置没有考虑到灯具的使用方式，影响到翅片效果的发挥，强调热传导环节、忽视对流散热环节，尽管众多的厂家考虑了各种各样的措施：热管、回路热管、加导热硅脂等等，却
38、没有认识到热量最终还是要依靠灯具的外表面积散走，.忽视传热的均衡性，如果翅片的温度分布严重不均匀，将会导致其中一部分的翅片没有发挥作用或作用很有限。 .空气对流散热式大功率LED路灯灯具空气对流散热式大功率LED路灯灯具。其目的是解决大功率LED灯具散热问题，提出一种空气对流散热式大功率LED路灯灯具，它包括有灯头组件、灯具散热体组件和灯尾组件，灯具散热体组件为弧弦柱形壳体，两端开口，其弧柱面两侧面为立面，立面也开有阵列通孔，在弧弦柱形壳体内腔设有410条轴向排列的并与弧柱面和弦柱面固接立筋导热板，立筋导热板和弧弦柱形壳体两侧的两个立面也都开有阵列通孔，立筋导热板和弧弦柱形壳体两侧的两个立面在
39、灯具散热体组件内形成511条热空气流动的散热通道。本实用新型优点是散热体内腔有多条热空气流动的散热通道，立筋导热板也都充当散热面，热交换面增加，热排放效率高。 .铝质散热器及产品外形结构设计外观设计新颖、结构巧妙、充满现代气息，符合时代潮流，在散热方面我们创造性的采取了空气对流型腔式铝质散热器设计方案，散热器上下两层散热面，中间由八条立筋相连接，前后通透，同时左右两侧有空气对流孔，加强了型腔内部的空气流通，有利于热量的排出，从而有效的提高了LED光源的热传导效率。以上独特的散热设计方案确保了大功率LED光源在45以下的安全工作温度。 金属螺栓式大功率LED光源的设计自主研发设计了金属螺栓式大功
40、率LED光源。为提高产品的稳定性我们采用了高品质的美国原装进口的LED发光芯片，将LED发光芯片直接封装在金属螺栓的螺帽顶部，产品组装时将LED金属螺栓直接旋紧在铝质散热器上，从而有效的将LED与散热器紧密的融为一体，改变了传统大功率LED光源借助导热硅胶进行导热的现状，极大的提高了LED与铝质散热器之间的热传导效率，有效的保证了LED光源的使用寿命大于6万小时。同时采用台湾优质荧光粉，使单颗LED亮度达到80流明以上；并且有多种色温可选择，能满足不同场合对不同色温的需求。 为了解决LED路灯的散热问题，可以在灯具上配置微型风扇进行主动式强制性散热，但散热风扇在户外恶劣环境中的使用寿命难以满足
41、要求。LED路灯的重量主要由散热装置的重量所决定。随着LED路灯功率的增大，散热器尺寸和重量也需要相应增加。欲减轻大功率LED路灯散热装置的重量，就需要对散热方式、散热结构和材料等多方面进行优化设计。LED路灯灯具要求具有良好的防尘防水（IP）防护等级（如IP45及其以上），但良好的IP防护又往往会妨碍LED的散热。如何解决这一矛盾是LED路灯设计时不可忽视的一个重要方向。.驱动电源设计目前的LED路灯几乎全部采用工频市电电源供电。LED路灯驱动电路拓扑结构一般均为离线式开关电源（SMPS）。从近几年LED路灯示范应用的情况看，故障几乎全部集中发生在驱动电源上。由于LED路灯的工作环境十分恶劣
42、，因此在驱动电源设计上，对电路拓扑结构的选择、电子元器件的选择以及电路的保护、散热与防水性能等各个环节，都十分苛求。根据现有的技术水平，目前常规离线式开关电源的平均寿命通常在3万小时以下，LED驱动电路的寿命决定LED路灯灯具的寿命。对LED驱动电源寿命具有决定性影响的是电解电容器，其次才是功率半导体器件。因此，对电解电容的选择是极为重要的。在LED路灯驱动电源设计方面，不仅要格外重视其可靠性，同时还必须满足输入AC电流谐波含量、线路功率因数、电磁干扰（EMI）、防雷击和防水及能效等方面的性能要求与安全要求。探求低成本、高可靠与高性能解决方案，是LED路灯驱动电源设计的一个难点。集成式大功率L
43、ED路灯技术原理.集成式大功率LED路灯技术原理图集成式大功率LED路灯高效散热组件高效均温板散热技术回路式热管散热技术铝合金鳍片式散热器热管表面纳米处理铝合金鳍片表面纳米处理集成式LED光源高取光、低热阻的集成封装技术先进的蝙蝠翼光学配光技术表面处理表面处理表面处理表面处理7.2集成式大功率LED路灯光源封装简述及其优势集成式封装，是将多颗1W的大功率LED集中封装在一块铜基板上，与单颗1W封装相比，集成式封装的大功率LED外延片直接与铜基板接触，大大降低了LED的热阻，提高了LED的散热能力，如图13：图13其次集成式封装保证了整灯色温的一致性，并且由于光源的集中性，消除了重影问题（如图1
44、4），使配光设计变得简单，完全可以根据不同的需求设计不同的配光，且光照均匀度高，如我司现采用蝙蝠翼配光（图15）。另外，集成式封装，使整灯光源尺寸极小，有利于灯具的结构设计。（图16：多颗1W的LED路灯结构与集成式大功率LED路灯对比）图14图15图167.3集成式大功率LED路灯均温板散热原理均温板是目前市场上唯一称得上体积小、轻、薄，且效率高，功率最大的被动式散热元件，它以真空腔体内热超导介质的蒸发，将热快速均匀散布至低温处冷凝，再由腔体内之毛细结构回流至热源，几近超音波速度重复蒸发冷凝的动作，把大量的热能在极短的时间内分散释放，一个50cm2，6mm厚的均温板热传密度可达115W/cm
45、2。且整个均温板中任意两点间的温差不超过2，有着高效的均热性，也因此而得名。在集成式大功率LED路灯的应用上，采用了100*100mm的均温板，利用均温板的特点，相当于将20*30mm面积的传热面积扩大至100*100mm的面积，传热面积增加了16倍。如图17：图177.4集成式大功率LED路灯热管散热原理热管技术是1963年美国 LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到类似冰箱压缩机制冷的效果。具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向酌可逆性、可远距离传热、恒温特性(可控热管)、热二极管与热开关性能等一系列优点，并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。由于其特殊的传热特性，因而可控制管壁温度，避免露点腐蚀。但价格相对较高。热管原理：热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，并使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发；管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成；热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用