大功率LED路灯

大功率LED路灯（精选7篇）

大功率LED路灯 篇1

0 前言

当前, 以大功率LED为发光光源专门设计的大功率LED路灯层出不穷, 其发光效率高 (>80 lm/W) 、使用寿命长 (>50 000 h) 、光输出定向性好、显色性能优良 (75~80) 、可以选择色温以及绿色无污染等特点, 不仅比传统的以高压钠灯为光源的道路照明节能30%以上, 而且能够按照城市道路照明设计标准的要求, 方便灵活地设计出合乎满意要求的、路灯灯光输出, 具有很高的光利用效率, 已发展成为极具竞争力的第四代优质道路照明光源。

1 LED路灯的配光方案

(1) 道路照明对路灯光输出的要求

较早时期的大功率LED路灯只是模仿以高压钠灯为主的道路照明灯具的形式, 通过利用LED来替代常用的高压钠灯光源, 结构非常简单。一般直接选用常规的路灯外壳、结构件及光输出角度较大的功率LED作为发光器件, 采用在兼有反光器和散热器功能、背面有散热鳍片的金属平面上将LED简单地等距离排列, 并通过LED阵列混联的方式来获得较大的灯功率输出和较强的光输出。由于没有针对LED的出光特点和道路照明标准来进行LED路灯的二次、三次配光设计, 因此就如图1所示的那样:路灯的光输出在路面上形成一个圆形光斑, 造成在道路方向上的照明角度有限, 圆形光斑之间由于没有光的平滑叠加过渡而形成明显的暗区——斑马效应;在道路垂直方向上散落在道路边外而没有被利用的光较多, 无法满足道路照明对路灯光输出特性的要求。

为了满足对路面亮度和路面照度的要求, 路灯的光强输出曲线沿着道路方向必须是“蝙蝠翼”型的, 在垂直于道路方向上满足均匀度的要求[1]。路灯的光输出配光应该像图2所示, 为长方形的均匀光斑, 使得绝大部分的光都分布在路面上, 尽可能地提高灯光的利用效率, 减少不必要的浪费。

(2) LED及LED路灯的配光方案

路灯是一种极为重要的功能性照明设备, 是为了保障夜间道路交通安全而设置的, 其光输出特性必须要满足夜间汽车驾驶人员及行人的视觉分辨要求, 因此LED路灯的配光方案就是要在道路照明要求的基础上从单个的LED配光着手来进行。

1.1 LED的光输出特性

随着LED技术的快速进步, 性能指标有了显著的提高[2]。特别是作为第四代照明主流的大功率白光LED的性能有了很大的提高。依据使用要求的不同, 以单片封装的功率来区分:从1~10W直到上百瓦、几百瓦不等;从LED封装透镜的配光输出光强特性来区分, 主要有:朗伯型、侧发光型、蝙蝠翼型、聚光型 (准直) 等类型, 输出的特性曲线如图3所示。

目前, 功率型白光LED正在朝着单片大功率的方向发展, 但是由于芯片散热瓶颈的制约, 采用多芯片组合封装的单片超大功率LED的散热相对困难, 光效相对较低, 几乎功率越大的单片LED相对的光效就越低。在大功率LED路灯的设计中, 大功率LED的选择需要考虑一次封装特性、发光效率、安装工艺要求、二次三次配光设计、使用环境、散热条件、与驱动控制器的输出特性配合等诸多问题, 因此综合以上多种因素, 以及实际的应用, 路灯中选择LED的主流趋势是:单个LED的功率在1瓦至数瓦左右、显色性好、色温一致、光效90~100 lm/W的优质产品为设计的最佳选择。在路灯的功率上, 通过多颗阵列混联的方式来得要求的总的发光功率;在光的输出特性上, 朗伯型、蝙蝠翼型和聚光型应用较多, 但是一般都不能直接应用到路灯中去, 必须通过再次的配光设计来获得满足道路照明要求的灯光输出特性。

1.2 LED的配光方案

①LED的一次配光方案

在功率型LED的制造过程中, 为了提高光效率、减少光输出损失和改变光输出特性, 封装时均采用透镜工艺。由此可以考虑将LED的封装透镜工艺与道路照明需要的光输出特性相结合来形成大功率LED的一次配光方案。通过特殊设计的透镜, 可以直接获得需要的光输出特性, 并由此来叠加合成大功率LED路灯总的光输出, 使其满足道路照明的要求。

●斜射矩形透镜封装的LED配光

采用斜射矩形透镜封装配光的原理及光输出模拟[3] (参见图4) 。主要研究结论是:

特别设计的LED封装透镜为顶部倒圆角的矩形, 矩形面呈圆弧状, 与水平面保持一定的设计角度, 使得其对LED芯片的光输出方向发生可控的改变。按照通常的路灯安装原则, 灯距约为灯高的3倍。通过计算, 灯的光输出角在C0/C180方向上约为140°, 在C90/C270方向上约为80°, 仰角约为10°, 可以获得满意的道路光照效果。

●双头透镜封装的LED配光

采用双头形透镜的一次配光原理[4] (见图5) 。

具体的设计思路是:为了将LED的光输出特性改造为满足道路照明要求的蝙蝠翼形, 可以将常规的LED一次封装透镜设计成特殊的双头型形式。这样, 通过路灯的再次配光设计就能够得到满足道路照明要求的效果。

②LED的二次配光方案

在现有的大功率LED上再次采用透镜及反光器配光, 就是LED的二次配光方案, 也是一种最常用的光的再分配形式, 具有设计灵活、应用简单, 可以根据具体的道路要求来获得满意效果的LED路灯的配光输出。其方法多种多样, 如:采用特殊的、接近于矩形的、非轴对称的波纹形凹透镜或凸透镜, 再结合反光器而形成的LED单元, 然后通过LED单元, 使LED的光线输出按照要求的角度发散或会聚, 得到合适的光输出特性。

●全反射透镜的LED二次配光

采用全反射透镜 (见图6) 获得预想的光输出特性的研究结果[5]。

在图6中, 单个LED采用为轴对称的全反射透镜进行配光。其中间为一平凸非球面透镜, 将LED射出的与光轴夹角±64°的光均匀约束在±30°范围内, 剩余的光通过侧柱反射也集中在±30°范围内。最后得到±30°范围内的光均匀输出, 光强的远场分布为蝙蝠翼形。通过路灯的配光设计, 对于常用的10 m高度的路灯, 将在所要照射的道路上形成长约35 m、宽为10 m均匀的矩形光照效果。

●自由曲面透镜的LED二次配光

图7给出的是采用自由曲面透镜的研究结果[5]。其主要原理是:设计在XY轴上非对称的长方形自由曲面的光学元件, 在X轴上产生±60°的均匀分布配光, 满足道路长度方向上的照明要求;在Y轴上产生±30°的均匀分布配光, 得到具有矩形光照效果的LED蝙蝠翼形配光。灯具的配光只需将单个LED单元的光输出进行简单的叠加, 直接由LED的二次配光来完成, 满足道路的照明要求。对于不同的道路, 只要根据具体要求, 改变LED的数量和灯具的高度即可。

●外置透镜和反光器的LED二次配光

采用外置透镜和反光器与单个LED结合形成二次配光单元的配光形式[6] (见图8) 。通过有的放矢地选择LED以及合理的透镜设计和反光器曲率的选择可以获得满足要求的LED二次配光的光输出。

1.3 LED路灯的配光方案

大功率LED路灯的配光可以称为LED的二、三次配光, 是在上述单个大功率LED完成一、二次配光得到了满足或近似符合道路照明要求的单个LED (单元) 后的再次配光。主要原理是:平均亮度或平均照度指标是通过调整路灯总的LED (单元) 数量多少来满足;均匀度指标是通过路灯的配光方案来实现。

具体就是通过单个大功率LED (单元) 在路灯中的简单叠加或者空间排列方式来合成路灯的光输出分布。

①平面式配光

平面配光是将LED路灯中已经经过一次或二次配光设计、光输出为满足要求的蝙蝠翼型的LED单元, 在平面上均匀安装, 灯具的作用只需将单个的LED光输出进行简单的叠加, 几乎不需要再次进行配光就可以得到满意的道路照明效果, 具体可以参见LED斜射透镜和双头形透镜的一次配光, 以及自由曲面二次配光等内容。

②圆柱面式配光

很显然, 除了LED单元通过改造后输出的光特性满足道路照明要求的蝙蝠翼型, 能够采用平面形灯配光。其它特性的LED光输出都需要进行路灯的二、三次配光设计才行。图9给出了采用圆柱面式配光的示意[5]。从图9中可见:采用窄输出角的LED单元, 如前面提及的±30°范围角的全反射透镜, 灯中的LED单元安装排列为一圆柱弧形, 使灯在弧面方向形成±60°的配光。根据不同的灯的安装高度、与水平面的仰角以及灯与灯之间的距离, 通过调整圆弧的曲率、改变圆弧方向上LED的排列密度, 在道路上可以获得的照明效果为一沿道路方向近似的矩形面, 能得到满意的道路照明效果。

③多折面式配光

在路灯的实际应用中, 采用圆柱排列安装配光存在的问题是:单个LED的散热平面与安装的圆弧面的结合不好, 需要特别处理 (如处理成多棱柱型) 。这样就增加了路灯的散热器以及外壳制造的工艺难度, 且成品灯体的厚度也较大。为此可以采用另一种多折面的配光方式来解决上述问题。较简单的方式是采用V字型面方式, 但照射效果和出光均匀度有限;效果较好的是采用图10给出的多折面式配光设计所获得的道路照明方案。路灯中的每组大功率LED单元分别安装在不同的平面上, 通过相对的不同角度来合成路灯的光输出特性, 即通过调整各自的角度和LED单元的排列密度, 在道路上获得近似矩型面的照明效果, 能够满足照明设计标准中的亮度均匀度和照度等的要求。

④反射器式配光

在传统的以高压钠灯为主流的道路照明灯具中, 利用反光器来改变光输出特性是一种必需的配光方式。在LED照明中, 有一种观点认为:由于LED具有光输出定向性好的特点, 可以少用甚至取消反射器。但是在大功率LED路灯的设计中, 为了更充分的利用LED的周边泄漏光线、改变LED的光输出特性, 反射器的应用与单个的LED配光进行了很好的结合, 通过具有特色的LED反射器的设计来获得满意的路灯灯光的输出特性。

图11给出了特殊设计采用反射器的路灯三次配光原理。与灯的设计相结合, 采用大角度出光的功率LED, 并为每个LED单独设计XY轴方向非对称的反射器, 使其获得的光输出接近于蝙蝠翼型, 减少了由于透镜的引入而导致的光输出损失, 同样可以得到较为满意的道路照明效果。

1.4路灯的配光组合及存在的问题

无论是采用何种技术手段, 单从大功率LED路灯配光的角度来说, 其光输出特性必须满足夜间道路照明的标准要求才具有良好的实用的价值。从LED的配光开始, 一个满足道路设计标准、具有良好光输出特性LED路灯的配光必须经过多次反复设计才行。下面列出了主要的几种路灯配光组合方案。

①LED一次配光 (透镜封装) +灯具的二次配光

此种组合方案是采用LED芯片封装透镜的一次配光与灯具的二次配光结合。其优点是:由于LED的成品器件已经形成了具有矩型的光输出照明效果, 在灯具的配光中就可以采用简单的平面配光形式, 简化了灯具的设计和加工工艺的难度, 使得灯具的体积相对较小, 具有扁平、轻薄、外形秀气等特点, 并且由于减少了灯总体的配光次数, 即减少了LED输出的光损失, 提高了灯具的效率;不足之处是:在LED芯片封装时需要采用特殊加工的封装透镜和工艺, 通用性相对较差, 且需要与上游的芯片封装厂商协调, 并且由于数量的关系, 可能价格较高, 操作起来比较困难。

②LED的二次配光单元+灯具的三次配光

相对于 (1) 中的配光方案, 采用LED二次配光所形成的LED单元与灯的三次配光相结合, 主要优点是:可以直接选用市场上大量提供的LED器件, 具有价格优势且通用性好。通过二次透镜的设计来获得满意的LED单元的光输出特性, 并且在灯的配光中还可以进一步采用三次配光的方式来获得理想的光输出特性;不足之处是:常用材料为PMMA, 透镜的效率只有86%左右, LED二次配光的二次透镜的应用降低了LED的光输出, 降低了灯具的总体效率[8]。此外, 灯具需要采用三次配光设计, 也增加了灯具的结构设计和加工工艺的难度, 使得灯具的体积相对较大、用料较费、造价提高。

③LED路灯的反射器配光

反射器的效率高达90%以上[8]。利用前文所提及的反射器式配光方式 (参见图11) , 在LED路灯配光上只采用特殊设计的、非对称的反射器来给LED进行二次配光, 而不采用二次透镜配光, 避免了由透镜引起的光输出损失, 也是一种被看好的配光方式, 并且配有反射器的LED单元的光输出特性也能够接近道路照明要求, 具有较好的效果。这种配光的突出优点是路灯具有很高的光输出效率。

2 结束语

本文结合城市道路照明设计标准要求, 从分析LED芯片的一次配光开始, 到由路灯所形成的二、三次配光为止, 来研究大功率LED封装的一次配光和通过二次透镜、反光器等所形成的二次配光的光输出特性, 以及由路灯所形成的三次配光的光输出特性。

此外, 虽然大功率白光LED路灯具有许多得天独厚的优势, 且在小范围内已经得到了应用, 但是离大规模的推广还有一段较长的路要走。其中路灯的光输出特性与道路的要求不吻合是主要的问题之一, 有许多细节需要进行深入的研究, 要通过科学合理的配光设计来获得既满足道路照明要求, 又具有良好应用效果的LED灯具。

参考文献

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[2]毛兴武等.新一代绿色光源LED及其应用技术[M], 人民邮电出版社, 2008, 8

[3]光学设计在大功率LED道路照明上的应用[Z], 光学设计Optital design

[4]杨军鹏, LED道路灯具设计探讨[J], 中国照明电器, 2009, 4:22～27、57～60

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[6]公文礼.大功率LED在照明灯具设计中需要解决的问题[J], 灯与照明, 2008, 12:21～24

[7]中国设计师网照明频道.LED在道路照明的散热与配光应用[Z].

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[9]整体式LED路灯的测量方法 (征求意见稿) .国家半导体照明工程研发及产业联盟, 2007, 12

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[12]邹吉平.道路照明灯具配光性能的重要性[J], 电气应用, 2008, 27 (7) 22～25

关于高功率LED路灯照明分析 篇2

1 高功率LED路灯的优点

高效节能的效果[1]:由于传统的照明灯的光效非常低, 照明灯的耗电量也很巨大, 并且在照明光线中有大量的紫外线等辐射, 高功率的LED路灯在通常情况下, 都能顺利的把电能转化成热能。LED的光能大多都集中在可见光区域, 光的效率高达80%。LED灯的使用寿命长, 因为LED灯是一种固体冷光源, 具有抵抗震动的良好效果。如果灯体内不出现松动, 就不会存在普通的灯丝发光发热的现象, LED灯的寿命为10万个小时, 路灯的寿命是普通光源的寿命的10倍以上。由于LED灯的使用寿命长, 经久耐用, 因此就能从根本上减少LED灯的维护费用, 才能起到降低成本的效果。LED等还具有绿色环保的重要作用, 现在在社会中广泛使用到的各种荧光灯等光源中, 都具有严重危害到人类身心健康的汞类物质, 这种物质在发光的过程中, 就会对人类的健康状况造成一定的危害。但是LED灯的无辐射优点, 使灯在使用的过程中不容易产生有害的物质, 并且在LED的光谱中由于没有紫外线的干扰, 产生的废弃物更方便回收, 不易产生污染。LED灯中由于不含有大量的汞元素, 完全可以进行安全的触摸, 属于一种绿色的能源。LED灯的光效也很高, 大部分LED灯都能从热能转化成电能, 随着现在LED技术的快速发展, 各个地区都在加快对LED光效的研究速度, 因此, 在未来几年[2], LED灯的光效远远会超过其他任何一种照明灯的光效。LED灯的光色很纯正, 由于传统的照明灯中的光源的光谱普遍都很宽, 由于LED把发光方向对准了整个空间, 这个空间内并不利于光线的快速传播。但是LED灯作为一种分立的光谱, 色彩很丰富鲜艳, 多样化的色彩选择一种最适宜的配光, 并且LED灯的发光的大部分都集中在光源的中心位置, 能够有效的控制好LED灯的光源, 从而相对的节省灯的制造成本。

2 高功率LED路灯中普遍存在的问题

目前, 高功率LED路灯的照明系统中的光源条件并不理想。高功率的LED照明灯在理论上, 使用寿命为6万个小时。但是灯光在实际的运用中, 由于内部的驱动电源的设计方式处理的不够恰当, 导致LED灯出现忽明忽暗的状况, 易引起LED灯的严重损坏。很多厂家在生产LED灯的时候, 一般都会采用降压的方式, 向LED灯持续供电, 这种做法将会导致LED灯的使用效率非常低下, 现在在我国有很多驱动电源的功率, 数字都普遍偏低。同时, 在LED灯光的配光层面, 很多配光的方式都沿用的是传统的抛光方法, 抛光法给LED照明灯带来了巨大的困扰。例如灯具的体积过于庞大, 就很容易影响到其外观。由于传统的方法忽略了LED灯的光学特征, 因此导致LED灯在完成配光之后, 光的使用效率普遍低下。为了解决好LED灯的使用效率问题, 只能从LED灯自身的结构出发, 找到一种完全能够满足LED灯的照明要求, 并且能对LED灯的配光特点作出进一步的说明。散热是LED灯要解决的一个重点问题, 因为LED灯是一种冷光源, 并不能像白炽灯一样, 产生出较高的热量, 由于高功率的LED路灯的耐温能力并不强, 因此LED路灯并不能在高温状态下, 运行良好。并且LED灯的发光的效率也会随着灯内芯片温度的上升, 而不断的降低, 因此LED灯的散热功能成为一个组重要的因素。在其运行过程中, 要把LED灯在工作状态产生 (下转第39页) (上接第37页) 出的热量, 全部都散发到空气当中, 从而保证LED灯在相对安全的环境之下, 发挥出最佳的效果, 只有这样才能体现出LED灯的优势。

3 高功率LED路灯的研究成果

由于高功率的LED路灯的照明系统是一个全新的领域, 因此要规定出严格的标准, 实现好LED灯的标准化过程。尤其是在当今市场上, 存在着大量的信息, 更容易引起消费者们的误解。高功率的LED路灯面临着激烈的竞争, 为了促进高功率的LED路灯的快速发展, 应该积极制定与照明系统相关的标准。

3.1 进一步降低生产成本

高功率LED灯光的照明系统一定要考虑周全成本问题, 尤其是在家居环境中, 使用高功率的照明灯。但是现在在市场上的各种照明灯的价格, 仍然不能令人感到满意。因此, 优化LED灯光的设计方案, 全面降低灯光的光源价格, 就会从总体上降低LED灯光的整体价格, 最终达到普通群众接受的程度。

3.2 提高LED灯的光效

在通常情况下, 灯光的颜色是室内照明系统的最优选择。选择暖白色的灯光, 更容易使整个家居环境显得更加温暖和整洁。色彩明亮的LED路灯, 更加适合在办公室内进行照明。传统的高功率的LED灯具的组装过程, 都并不复杂。但是高功率的LED路灯的照明系统中, 含有各种各样的系统元件, 组装过程虽然复杂, 但是却能从整体上延长LED灯光的使用寿命, 提高LED灯光系统的可靠程度。

3.3 LED灯光的可靠性能

随着我国的LED技术的快速发展, LED作为一种光源的器件, 涌现出了各种不同类型的产品, 包括LED平板电视, LED手机等。LED灯广泛的应用到各种照明领域当中, 这个领域的覆盖面很广泛, 包括景区的照明系统、汽车市场的照明、道路交通的照明系统等。同时, 无论是利用哪种光源, 都避免不了要处理LED路灯的散热问题。因为照明灯的散热问题受到人们的普遍关注, LED灯的工作温度与灯光的使用寿命有着密切的关系, LED灯作为一种全新的能源, 在把电能转化成光能的同时, 还需要把部分电能转化成热能。

4 结束语

城市中路灯的主要作用是方便车辆的正常行驶, 保障好道路交通的安全性, 当然, 更要从节约电能的角度出发, 促进LED灯光的健康发展, 构建能源节约型社会。

摘要：LED路灯在照明系统中, 具有众多的优点, 节约能源、环保性能好、体积小方便调控等。因此, 作为一种新型技术, 在社会上被广泛应用。目前, 高功率LED照明灯已成为此项技术的主要发展方向, 对技术标准要求也越来越高。本文结合高功率LED路灯的特点进行分析, 介绍了目前其存在的问题, 并提出了研究成果的优化建议。

关键词：高功率,LED路灯,照明

参考文献

[1]王占庆.城市道路照明设计标准[J].中国建筑工业, 2012, (7) :46-47.

高效节能的低功率LED路灯技术 篇3

A.创新LED设计

使用2160个5mm Nichia LED灯泡, 来取代数十个于输出时有高热能缺点的LED灯泡, 其优点如下:

(1) 降低热能输出;

(2) 降低电力成本;

(3) 最佳流明亮度 (lumen) 性能;

(4) 降低维修成本;

(5) 延长路灯使用周期;

(6) 最佳结构设计。

B.专利老化补偿技术 (ACT)

不同于其它LED路灯模组, 采用智能overdrive/underdrive老化补偿技术 (ACT) :

基于输出温度、电流消耗及生命周期, 以提升最佳的性能与高效率的电力消耗为目标, ACT用智能演算法持续地在Underdrive与Overdrive之间转换IS4-LED路灯功率模式。

C.灵活整合

该LED街灯与现有各种AC电源供应器可进行大范围的整合 (80-110AC到220-250AC) 。也可调试光束位置, 对新的与现有的设备皆可进行整合:

(1) 可安装于所有灯柱;

(2) 可调试光束位置, 倾斜度可至22度 (理想的LED街灯直接照明光束之II型, III型, IV型和V型) 。

三种不同模式, 可应用于不同的使用环境:

(1) 33W型 (2组360颗5mm Nichia LED灯泡板) ;

(2) 66W型 (4组360颗5mm Nichia LED灯泡板) ;

(3) 100W型 (6组360颗5mm Nichia LED灯泡板) 。

D.严格的结构设计

每盏LED路灯皆通过IP67防水等级的户外环境测试, 并能在3呎 (约1米) 深的水中运作达30分钟, 可将外界环境灰尘隔绝。下列技术为方便维修所设计:

(1) 每盏LED路灯皆有IP67防水等级;

(2) 针对独立的LED面板, 使用更易于更换的360 units的Nichia5mm LED灯泡;

(3) LED面板可回收再利用, 只须更换5mm LED灯泡;

(4) Nichia 5mm LED灯泡品质成熟稳定, 维修率低。

E.品质优良

该LED路灯设计的使用年限是20年以上, 因其包含以下独特技术:

(1) LED灯泡采用日本顶级Nichia5mm LED灯泡;

(2) 每盏LED路灯电力供应皆由故障率0.01%或更低的电信等级供应;

(3) “10 LED in series”的设计提供完整的流明亮度 (lumen) 性能;

(4) 故障率达3.5%也不会影响流明亮度, 不同于一般高热能输出的LED路灯;

(5) 有了老化补偿技术 (ACT) 与低热能输出设计, 使用期限提高至10万小时 (摄氏10度可延长使用寿命) ;

(6) 夜间亮度调整感应器在必要的时候调整电力, 以达到电力节约效益及延长LED使用寿命的目的。

闭环控制LED路灯电源 篇4

目前国内外LED照明驱动电源大部分采用开关电源, 每个开关电源中有多个部分能产生谐波污染电网 (整流、开关管、高频变压器产生的谐波污染) 开关电源产生的谐波成分复杂。开关电源使用范围很广, 它的工作原理是把交流整流成直流, 通过开关管产生脉冲直流输入变压器初级, 在变压器次级感应出电流, 整流后供给用电设备。开关电源的工作频率比较高一般在40k Hz左右, 在开关管开、关时, 反射40k Hz的频率至电源。虽然这种用电设备单台功率不大, 但它的应用范围非常广, 它还产生很多三次谐波, 造成电力变压器中性线电流居高不下, 而且三次谐波还会通过电力变压器污染到10k V电网。开关电源电路复杂故障率高, 成本高。当大量使用开关电源时产生的干扰频率不可能一致, 所以集中消除非常困难。开关电源故障率占灯具总故障率40%, (美国能源之星统计) 往往LED灯珠没坏电源驱动先损坏。由于使用开关电源的LED灯具污染电网和驱动电源故障率高等情况, 严重制约了LED这种节能光源推广。寻求用新型电源代替开关电源成为企业研发目标, 为LED这种节能光源推广和发展服务。闭环控制LED电源设计思路是电源工作时可控硅以最大导通角运行, (或者采用过零触发电路) 使控硅导通角达到最大, 输出完整的正弦波。实际工况是由于温度变化引起热敏电阻阻值变化, 使可控硅导通角变化, 可控硅没有完全导通产生缺角正弦波, 整个LED照明系统调压可控硅导通角都在变化产生谐波。但是此谐波形状相同频率接近, 电路本身消除加集中消除可以解决问题。国外采用后沿相调光电路降低电网污染, 提高功率因数。其实如果污染源谐波一样, 采用集中消除和集中提高功率因数意义更大。目前电力部门为解决非线性用电设备和其它谐波污染源的污染问题, 基本方法有两个:一个是安装谐波补偿装置来消除谐波, 另一个是对生产电子产品本身进行改造, 使产品不产生谐波, 但是这有一定困难因为电子元件参数受温度、湿度、时间影响会发生变化, 出厂时指标合格不代表运行一段时间后合格。

电力系统消除谐波装置简单方法就是采用LC调谐滤波器。这种方法既可消除谐波, 又可提高功率因数, 一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是容易和系统发生并联谐振, 导致谐波被放大, 使LC滤波器过载甚至损坏。另外, 它只能消除固定频率的谐波, 闭环控制LED电源产生的谐波就是固定的缺角正弦波。在整个LED路灯照明系统, 电源采用这种补偿成本低容易推广。

闭环控制LED电源电路说明

闭环控制LED电源可控硅以接近最大导通角运行, (LED灯具功率80W左右) 功率因数0.8左右, 使其工作波形尽可能接近正弦波, 减少“削波”。RT是正温系数热敏电阻放置在LED灯板合适位置, (温度最高的中心位置) 检测LED发光温度, 当LED灯具和环境温度升高时可控硅导通角变小, 使输入全桥交流电压降低, 整流输出电流减少, 两个温度不可能剧烈变化, 所以电压、电流变化平稳, 不会对电网造成冲击。当工况和LED开关电源那样大面积使用时, 闭环控制LED电源产生谐波单一, 容易集中消除。闭环控制LED电源既不“恒流”也不“恒压”利用LED灯珠的电流可以大范围变化, 和对温度的要求来满足使用条件。具体操作方法是:根据本地区夏季最高温度来设定最大安全电流, LED灯具根据环境温度+灯具自身升温自动调节灯具电流。可控硅直接控制整流全桥输入交流电压, 不加电容滤波尽量减少对电网的干扰。交流电两个周期都被利用。利用人体视觉暂停机理连续发光。

调试方法

检查焊接电路无误后, 把R3调整到阻值最大位置, (防止接入电源后可控硅导通角过大损坏LED灯珠) 把热敏电阻放到恒温箱内, 恒温箱设定温度50℃ (某地区最高气温) 放置一分钟后, 电路接入220V电源, 慢慢调节R3, 调到LED灯具发光, 测量R1两端电压, 使U/R1=310m A然后把热敏电阻放到冷冻箱使U/R1的值不超过350m A根据此样品电阻值进行批量焊接生产。

产品价值

此电源在LED路灯照明工程中有巨大的商业价值, 有四点可以证明。

一、对电网污染一定比开关电源少, 因为每个灯具产生的谐波频率接近, 电路本身LC滤波消除, 再加集中滤波消除。

二、此电源价位是开关电源的1/3。

三、稍加改动就可以方便进行自动或手动调光。

希腊LED路灯智能能源控制系统 篇5

Astrofos开发了一个平台, 为无线控制、节能和数字化照明提供更广泛的新的可能性。Astrofos开发的平台允许控制无限数量的LED灯, 显示1600万色, 控制灯光亮度, 按照客户要求定制特殊效果。Astrofos提供的LED技术和无线控制解决方案, 可以实现廉价的照明、简单的环境, 具有通用的特点。Astrofos技术的开发技术已具备了两项专利。

1) 双向自动配置的无线通信 (基于最新的ZigBee技术) 在实际应用中, 从一台中央计算机就可以在给定区域控制所有的灯。由于该系统是双向的, 所以每个灯的实时信息 (例如确认系统的操作良好) 会反馈给中央计算机。双向通信以及其他维护成本降到最低。

2) 能源监控和加热控制管理。这些功能超过40%, 将扩大LED的有效性和可靠性。

3) 照明系统轻松和简单的中央管理。对系统的控制, 将不要求特定的知识, 不需要专门人员, 进一步降低了使用成本。

4) 维护信息系统。该信息系统将降低维护成本, 延迟系统寿命期。

5) 适宜任何额外的电源节省计划。

目前在中国的路灯照明市场方面, 政府提供了强有力的激励机制, 更换基于LED的路灯路灯, 以大量节省能源。中国政府已经出台新的标准, 在此基础上新的照明设备采购将很快推出。

大功率LED路灯 篇6

在道路上设置照明器是为了在夜间给车辆和行人提供必要的能见度。道路照明可以改善交通条件、减轻驾驶员疲劳、并有利于提高道路通行能力和保证交通安全。目前, 随着大功率高亮度LED的迅速发展, 由于其具有节能环保等优点, 使得LED作为新一代照明光源被广泛关注。与传统的道路照明灯 (高压钠灯和金属卤素灯) 相比, LED路灯的主要优点是:光学性能佳、可快速启动、便于控制、高效、省电、节能环保、可靠耐用、寿命长等[1]。

道路通常用规定的路面平均照度和均匀度两个指标。前者的单位是lx, 即每1m2水平照射面积上, 均匀分布1lm的光通量;后者是最小水平照度与平均水平照度的比值。实际上道路的亮度分布与照度分布有相当大的差别。因此国际照明委员会建议用路面亮度、均匀度、眩光和诱导性四个指标衡量。建议城市干道、高速公路的路面亮度取2cd/m2, 纵向均匀度取0.7, G=6[2,3]。

1 建立模拟仿真实训平台

目前, 本文道路照明器选择雷士照明LED路灯, 如图1所示, 功率为200W。照明器要合理使用光能, 防止眩光。照明器发出的光线要沿要求的角度照射, 落在路面上呈指定的光斑, 光线分布均匀, 亮度大且眩光小, 因此本文的眩光指数G=6, 二次光学配光曲线为蝙蝠翼型, 如图2所示。

根据具体的道路断面形式、宽度、车辆和行人的情况, 道路器可采用在道路两侧对称布置、两侧交错布置, 一侧布置、分隔岛双叉布置和路中央悬挂布置等形式。该文的采用的具体参数如下:道路宽度25m;两侧交错布置;分隔岛宽度1m;三排双向车道;车道宽度3m;灯杆高度12m;灯杆安装距离25m;维护系数0.80;路面为R3柏油。

建立的LED道路照明的物理模型如图3所示。通过DIALUX光学设计软件, 进行不同道路模型建立, 分别为:

(1) 两侧对称布置和两侧交错布置;

(2) LED灯杆的安装高度12 m和15 m;

(3) LED灯杆的安装距离20 m和25 m;

(4) 照明器光源为高压钠灯和LED光源;

(5) LED光源功率为150W、200W和250W。

在不同的LED道路照明仿真模型下, 仿真模拟LED道路照明实际方案, 对道路照明的实际平均照度和均匀度进行计算, 并给出相应的资料报表, 可以保存为PDF格式文件, 以供学生对不同的照明方案下的LED道路照明效果对比分析。对于某一具体实际道路, 在选定照明器的前提下, 能够给出该路段的LED道路照明方案, 并进行仿真分析, 研究该方案的可行性。

2 LED道路照明实例分析

下面以某市具体道路为例, 此道路宽度为25m, 双向三车道, 车流量>2 400辆/h, 限速100km/h, 路面为柏油马路。

根据我国机动车交通道路照明标准值, 此照明标准值适用于柏油马路, 如表1所示[4,5]。

根据道路宽度25m;两侧交错布置;分隔岛宽度1m;三排双向车道;车道宽度3m等具体参数。该文选择灯杆高度12m;灯杆安装距离25m;维护系数0.80;路面为R3柏油。

打开DIALUX软件, 选择新的道路照明设计方案, 给定具体的参数, 建立LED道路模型在计算平均照度和均匀度时, 只要取其中的一个单位路段即可, 因此该文对于平均照度和均匀度的计算采用25m×25m的计算面积为单位路段。

模型建立好之后, 接下来是导入灯具资料, 该文采用雷士照明的LED路灯, 将设计好的蝙蝠翼型配光曲线I E S文件导入DIALUX软件里就可以进行计算模拟。在模拟的过程中可以根据不同的模型来对比分析。例如, 照明器的安装方式, 两侧对称布置和两侧交错布置;LED灯杆的安装高度12m和15m;LED灯杆的安装距离20m和25m;照明器光源为高压钠灯和LED光源;LED光源功率为150W、200W和250W。

在布置好灯具以后就开始设定计算表面, 也就是25m×25m的计算面积为单位路段, 设定计算报表的内容, 并开始计算。对于雷士照明LED路灯光源功率250W的照明器, 两侧交错布置, 灯杆的安装高度12m, 灯杆的安装距离为25m时的平均照度计算结果, 模拟计算照度分布表如图4所示, 单位为cd/m2。

从表2中可以在25m×25m的计算面积内看到总共10列数据, 最小照度值为18lx, 最大照度值为54lx, 平均照度值为30lx, 最小照度值/平均照度值为0.62, 最小照度值/最大照度值为0.34, 数据结果显示, 均满足我国道路照明的最低要求。

通过进一步仿真分析, 得到照度分布表, 如图4所示。可以观察到该道路中的照度值和均匀度均满足要求, 而且没有黑斑的出现, 能达到均匀照明的目的。

仿真结果照度伪色图, 如图5所示。

可以看出, 雷士照明的此款灯具, 无论平均照度还是均匀度均达到国家要求, 根据其仿真计算结果分析, 该道路照明方案满足要求。综合不同模型道路模型, 进行对比仿真结果分析, 进一步得到, LED道路照明效果的关键影响参数: (1) 照明器的安装方式; (2) LED灯杆的安装高度; (3) LED灯杆的安装距离; (4) 照明器光源功率; (5) 照明器的配光曲线。同时可以发现安装高度的越大, 安装距离越远, LED光源功率越小, 平均照度值也越小, 而且均匀度下降。因此根据不同的参数进行调节, 可以得到不同的道路照度值, 进一步仿真分析得到最佳的道路照明方案。

3 结语

在LED路灯道路照明的教学环节中, 通过DIALUX软件对实际道路情况进行仿真建模, 学生通过亲自动手练习, 更好的掌握LED道路照明效果的关键影响参数。通过对仿真结果的分析, 进一步理解LED道路照明设计。同时, 对不同的参数调节进行仿真分析, 根据平均照度值和均匀度等照明质量指标, 提出有效可行的LED道路照明解决方案。

摘要：针对目前LED路灯的道路照明问题, 该文采用DIALUX软件对道路照明方案进行模型建立, 以雷士照明灯具库为例, 研究并分析在固定LED光源功率和配光曲线的前提下, LED路灯的照明效果是否满足国际照明标准CIE。根据光学仿真建模分析结果, 得出影响LED路灯照明效果的关键因素:照明器的安装方式;LED灯杆的安装高度;LED灯杆的安装距离;照明器光源功率;照明器的配光曲线。并提出有效可行的LED道路照明解决方案, 同时提高学生的学习兴趣和授课效果。

关键词：DIALUX,LED路灯,仿真分析

参考文献

[1]陈加琦, 邹念青, 张云翠, 等.LED路灯的二次光学透镜设计[J].大连工业大学学报, 2012 (3) .

[2]黄智炜.一种LED路灯透镜的二次光学设计与研究[J].华侨大学信息科学与工程学院, 2010 (Z1) .

[3]罗晓霞.LED照明系统的优化设计[D].北京:中国科学院研究生院, 2011.

[4]马泽涛.一种高功率LED封装的热分析[J].光电器件, 2006 (1) .

大功率LED路灯 篇7

随着LED各项性能参数的不断提升，应用领域更加多样化，照明市场逐步兴起。但由于通用照明市场更偏向使用暖白光产品，目前受到暖白光产品发光效率、产品价格等多方面因素的限制，LED通用照明产品短期内无法进入商用。而LED路灯由于对于产品价格的敏感度低于通用照明产品，并且使用冷白光产品即可，考虑到采用LED产品能够在很大程度上降低能源消耗，非常符合现阶段国家节能减排的发展方向，LED路灯成为各地政府的关注亮点。

下游LED路灯市场规模巨大

LED路灯驱动电源属于新兴的细分子行业，目前尚无权威统计资料，但其市场规模和趋势分析可通过其下游来推断。

2007～2008年LED路灯的市场规模一直较小，根据国家半导体照明工程研发及产业联盟统计，截至2009年2月底，全国共安装和使用LED路灯15万盏左右。

2009年，在政府的大力扶持下，热潮掀起。高工LED产业研究中心对LED路灯厂家进行了走访，据其统计，2009年“十城万盏”的21个试点城市中, 已经安装的LED路灯 (含隧道灯) 大约为22.2万盏。其中潍坊3.5万、重庆2.5万、武汉2.8万、扬州1.5万, 四座城市的装灯量之和为10.3万, 占总量近一半。2009年多数城市仍处于工程试点阶段, 预计明后年将大规模铺开。

按照各市的相关规划, 预计到2009-2011年21城的LED路灯安装数量将达到112万盏。那时很多大城市开始大规模装灯, 装灯较多的城市有深圳、潍坊、上海、天津、重庆、西安等。这六座城市的装灯量达到54万盏, 约占总数的一半。届时北京、广州、佛山、苏州、惠州等21城以外的城市也将开始大规模装灯, 预计总的装灯量有望达到150万盏。

据全国路灯行业统计，2009年，中国道路照明市场达2800万盏路灯，每年约新增及更换路灯达300万～400万盏，创造出庞大的LED路灯市场。拓墣产业研究所预测，2009年LED路灯比2008年增长178%，以每座LED路灯平均价格65美元估算，预计2009年产值达16.25亿美元，并预期2011年LED路灯安装达800多万盏，渗透率8.5%。

除LED路灯外，LED隧道灯、地铁照明、加油站及地下停车场照明等所需大功率LED灯的数量也有几百万盏。比如2009年LED隧道灯销售额及销售量剧增，市场规模为1.6亿元，相比2008年的4千万元，增幅为300%.中国大陆LED隧道灯销售量约为8万套，合同总值约为1.6亿元，相比2008年，销售量增幅为433%, 市场规模增幅为300%, 2009年LED隧道灯市场分布区域进一步扩大，十多个省、市自治区已经开始应用或推广LED隧道灯。

根据LED路灯驱动电源下游发展状况，高工在线对2007-2013年LED路灯驱动电源的市场规模进行了统计和预测，如图所示。

从高工在线的数据可知，2009年LED路灯驱动电源市场规模为23.9万台，以当年LED路灯驱动电源的平均单价250元/台左右估算，2009年我国LED路灯驱动电源的市场规模为0.6亿。在政府的大力扶持之下，2013年我国LED路灯驱动电源数量预计达到700万台以上，市场规模扩大至17.5亿。

LED路灯驱动电源市场供不应求

LED路灯驱动电源在LED路灯的驱动下，需求呈爆炸式增长态势;而供应受制于技术壁垒，跟不上需求的增长步伐，行业整体上处于供不应求的状况。

来源：高工在线

LED路灯驱动电源不是传统电源，技术含量非常高。目前L E D路灯驱动电源已成为“十城万盏”工程推广的瓶颈，也是制约LED照明产业发展的关键因素之一。LED路灯驱动电源的问题有：可靠性低，不良率高，导致维护成本高;效率低，不节能，违背国家推行节能减排政策;因设计缺陷和材料选用，导致效率低、损耗大而发热、温度升高进而引起寿命缩短;防水性能差，易进水致使电源短路失效;防雷性能差或无防雷装置，LED路灯经常会因雷雨天气等恶劣环境，遭雷击后而批量失效;电网电压一般夜间不稳定，如输入电压范围窄，会导致电源烧坏;低温无法正常工作等。业内人士认为，LED路灯产生问题六成以上是由驱动电源造成的。据绝大多数路灯制造厂商内部品质统计数据显示，影响LED路灯、隧道灯可靠性占90%以上的原因是驱动电源的不可靠和寿命短。

高技术壁垒使能够供应合格LED路灯驱动电源的厂家非常少，2009年，占市场份额最大的是茂硕的系列恒流恒压LED大功率电源, 市场占比达51%，明纬等公司跟随其后。

据全国路灯行业统计，2009年中国道路照明市场达2800万盏路灯，因此LED路灯驱动电源市场潜在发展空间十分广阔。除LED路灯外，LED隧道灯、地铁照明、加油站及地下停车场照明等所需大功率LED灯的数量也有几百万盏。根据高工在线的预测，2009年我国安装的LED路灯为23.9万盏，以当年LED路灯的平均单价5000元/盏左右估算，2009年我国LED路灯的市场规模约为12亿。在政府的大力扶持之下，2013年我国LED路灯、隧道灯、地铁照明等安装数量预计达到700万盏以上。

看好LED路灯必将取代传统路灯的美好前景，各LED企业竞相投入力量研发LED路灯。当前已经有数百家企业推出了LED路灯产品，但大多未实现量产。相对于LED路灯企业的热情，2009年中国LED路灯市场尚未发力。