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LED路灯存在的问题和技术难点

   一、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

发布时间:2015-3-4 14:53:04 浏览次数: 文章来源:

   一、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:
  (1)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。
  (2)色温过高,刺眼,无舒适感
  (3)散热性能差,温升过高,致使光衰比较严重,可靠性变差。
  (4)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。
  (5)成本太高,一次性投入太大,成为推广应用的一大瓶颈。
  (6)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。
  二、LED路灯需要破解的技术难点
  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。
  1.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。
  LED路灯配光包括一次配光(采用封装透镜)、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。如何选择配光方式,如何选择透镜,如何改进路灯的结构达到配光和散热要求,目前都还需要更为成熟的解决方案。
  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。
  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。
  3.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,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?;?、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。

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