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文檔簡(jiǎn)介

1、淺議LED路燈目前的制作現(xiàn)狀及發(fā)展方向針對(duì)世界金融風(fēng)暴的應(yīng)對(duì),中央發(fā)改委拿出4萬(wàn)億連同地方財(cái)政的支持預(yù)計(jì)將有10多萬(wàn)億的資金投入到國(guó)家交通、扶持企業(yè)、完善基礎(chǔ)建設(shè)上。最近國(guó)家科技部在全國(guó)啟動(dòng)十城萬(wàn)盞” LED路燈半導(dǎo)體照明應(yīng)用工程,在這股強(qiáng)勁東風(fēng)下,一貫得到政府支持的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè),將是一個(gè)大發(fā)展的契機(jī)。許多企業(yè)都看 好這個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間,特別是半導(dǎo)體戶外照明的明顯節(jié)能優(yōu)勢(shì)。近2年一哄而上的諸多企業(yè),在還不甚了解半導(dǎo)體道路照明制作的特點(diǎn)下,模擬、仿造、沿著現(xiàn)今的常規(guī)照明路燈多種蛇頭”形狀制作,一時(shí)間百家爭(zhēng)鳴,百花齊放”的產(chǎn)品紛紛推向市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)這兩年上路實(shí)驗(yàn)情況的檢驗(yàn),大部分的產(chǎn)品均存在 不

2、同程度的問(wèn)題。具體表現(xiàn)在:1.由于對(duì)LED光源工作條件的要求不甚了解造成光衰減嚴(yán)重甚至于死燈。2.對(duì)道路照明要求感悟不足,科學(xué)性點(diǎn)光源光學(xué)配光難點(diǎn)及對(duì)色溫在道路照明中的重要性忽略,易造 成眩光,斑馬效應(yīng)和在空氣污染嚴(yán)重,下雨有霧天氣的環(huán)境中,造成燈亮地面不夠亮的現(xiàn)象。3.對(duì)保證LED工作條件和對(duì)電源技術(shù)性的認(rèn)知程度不足,造成產(chǎn)品在電源上的故障層出不窮。4.對(duì)當(dāng)今LED路燈實(shí)用性道路的應(yīng)用概念不清,盲目的與大功率氣體放電燈媲美”不計(jì)成本的制作超大功率LED路燈,造成不切合實(shí)際的價(jià)格昂貴的路燈產(chǎn)品難以推廣。5.對(duì)道路照明要求模糊,實(shí)際使用維護(hù)的欠考慮,造成直接使用業(yè)主的抵制。本人針對(duì)以上問(wèn)題與大家

3、一起討論解決方案:對(duì)LED光源的工作環(huán)境這個(gè)問(wèn)題的討論,需具備了解LED的基本常識(shí);發(fā)光二極管其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性,即正向?qū)?,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有 發(fā)光特性。在正向電壓下,電子由N區(qū)注入P區(qū),空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光,其現(xiàn)今大功率 需要將其散熱處理。如圖 1所示。(附圖1)LED發(fā)光效率約為30 %, 70 %將是熱能,LB察艸-| *« ,1»«TjunciKXiTshjgTr閔前tp r -pr -屮 f F',=!、T BoaM

4、AmbienlT JunctionTsoardTTAmtWdt表2是大功率白光LED的結(jié)溫TJ在亮度衰減70 %時(shí)與壽命的關(guān)系(不同LED生產(chǎn)廠家的壽命并不相 同,僅做參考)。櫟2 k巾* n比丨r n的鮒胡t, 疵嘆丸些w時(shí)仃環(huán)血的X:泉Li使小時(shí)飛?.頑2:.I薊 mhl(m111;丨7.100- - -_=F = "=二=_ = _=二nihr jiMJ1 iBBJtKI*IL 7011'4,1*00li10. S»WfII»4h?»smi科1*15hhglWl4,在表2中可看出:TJ=50 C時(shí),壽命為90000 小時(shí),TJ=80 C時(shí),

5、壽命降到34000 小時(shí),TJ=115 °C 時(shí),其壽命只有13300小時(shí)了。TJ在散熱設(shè)計(jì)中要提出最大允許結(jié)溫值 TJmax,實(shí)際的結(jié)溫值 TJ應(yīng)小 于或等于要求的 TJmax,即TJ<TJmax 。從以上的測(cè)試數(shù)據(jù)圖示經(jīng)測(cè)試發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度其結(jié)溫溫度應(yīng)(V85 C)。高于此溫度范圍效率將大大降低,甚至于燒毀。如表2所示。特別值得一提的是,對(duì)散熱材料的熱平衡速度要求重視度, 造成光源的熱得不到有效的處理引起光衰減嚴(yán)重?,F(xiàn)在許多生產(chǎn)廠家大功率從圖表中可以看出溫度對(duì)其直接影響的重要性。LED的熱沉散熱殼體應(yīng)用基本采用不同的合金鋁材料,其導(dǎo)熱系數(shù)不一,一些材料的散熱速

6、率難以滿足 板及導(dǎo)熱硅膠,硅脂材料的導(dǎo)熱環(huán)節(jié),使用材料的實(shí)際壽命質(zhì)量,將直接影響LED工作條件。不可忽略的鋁基LED的工作散熱條件。如何減少中間環(huán)節(jié),直接與熱沉散熱近距離接觸將熱量快速達(dá)到平衡的有效散熱, 品開(kāi)發(fā)需考慮的方向。是現(xiàn)今高質(zhì)量的LED燈具產(chǎn)先從材料分析:金屬的熱傳導(dǎo)系數(shù)表:銀 429銅401金 317鋁237鐵80錫67鉛34.8銀熱傳導(dǎo)系數(shù)比較好,但缺點(diǎn)就是價(jià)格太高,純銅散熱效果則次之,但已經(jīng)算是非常優(yōu)秀的了。不過(guò) 銅也有缺點(diǎn):造價(jià)高、重量重、不耐腐蝕等。所以現(xiàn)在大多數(shù)散熱片都是采用輕盈堅(jiān)固的鋁材料制作的, 其中鋁合金的熱傳導(dǎo)能力最好,好的風(fēng)冷散熱器一般采用鋁合金制作。至于銅,目

7、前市場(chǎng)上也出現(xiàn)了純銅 的散熱器,銅的導(dǎo)熱性能比起鋁要快的多,但銅的散熱沒(méi)有鋁快,銅可以快速的把熱量帶走,但無(wú)法在短 時(shí)間內(nèi)把本身的熱量散去,另外銅的可氧化性是銅本身最大的弊病。當(dāng)銅一旦出現(xiàn)氧化狀態(tài),從導(dǎo)熱和散 熱方面都會(huì)大大的下降。從對(duì)比上看,最好的散熱材料也并不是鋁材。銅和鋁的對(duì)比中形成了一種新型的工藝一一銅鋁結(jié)合。所謂的銅鋁結(jié)合就是把銅和鋁用一定的工藝完美的結(jié)合到一塊,讓銅快速的把熱量傳給鋁,再由大面積的 鋁把熱量散去,這不但增充了鋁的導(dǎo)熱不及銅,還彌補(bǔ)了銅的散熱不如鋁,有機(jī)的結(jié)合從而達(dá)到急速傳熱 快速散熱的效果。多篇文章中都闡述了散熱是靠面積而不是看體積的大小,許多企業(yè)都了解了個(gè)中道理,

8、殼體采用多層 翅片散熱,但對(duì)熱沉散熱殼體的翅片忽略了防塵和積塵,日積月累將會(huì)影響殼體的散熱效果。應(yīng)從在自然 條件下規(guī)避積塵的最小化,不同方向的風(fēng)和雨的自然沖刷可易性和清除灰塵的粘敷性。保證熱沉殼體的散 熱效果不受惡劣環(huán)境的影響,散熱通道的暢通,做到真正的長(zhǎng)壽命。大家共同來(lái)探討一個(gè)設(shè)計(jì)方式:散熱是靠面積的道理顯而易見(jiàn),是否可以將散熱面做成柱狀或多面形 錐體。(分析見(jiàn)附圖2)在增加散熱面保證散熱效果的基礎(chǔ)上,解決了不同方向的風(fēng)和雨的自然沖刷可易性和清除灰塵的粘敷 性的問(wèn)題,保證了熱沉殼體的散熱效果不受惡劣環(huán)境的影響。以現(xiàn)在的金屬加工技術(shù)來(lái)看,機(jī)械加工是不可能做出理想化的絕對(duì)的平整表面,即便是鏡面,

9、也有很 多細(xì)小的坑凹,只是肉眼不太容易發(fā)現(xiàn),除了表面上存在坑凹外,還會(huì)有很多細(xì)小雜質(zhì),如灰塵什么的。 當(dāng)散熱器表面和芯片表面接觸時(shí),存在的很多溝壑或空隙中都是空氣。空氣的導(dǎo)熱能力很差,因此必須用 其它物質(zhì)來(lái)降低熱阻,否則散熱器的性能會(huì)大打折扣,甚至無(wú)法發(fā)揮作用。作為解決辦法,導(dǎo)熱介質(zhì)就應(yīng)運(yùn)而生了,它的作用就是填充兩個(gè)接觸表面之間大大小小的空隙,增大 發(fā)熱源與散熱片的接觸面積。導(dǎo)熱硅脂是我們最常見(jiàn)的導(dǎo)熱介質(zhì)。導(dǎo)熱硅脂是用來(lái)填充鋁基板與散熱片之間的空隙的材料的一種,這種材料又稱之為熱界面材料。其作 用是用來(lái)向散熱片傳導(dǎo)鋁基板散發(fā)出來(lái)的熱量,使鋁基板溫度保持在一個(gè)可以穩(wěn)定工作的水平,防止鋁基 板因?yàn)?/p>

10、散熱不良而損毀,并延長(zhǎng)使用壽命。作為一種化學(xué)物質(zhì),導(dǎo)熱硅脂有著一些反映自身特性的相關(guān)性能參數(shù)。了解這些參數(shù)的含義,大致上 可以判斷一款導(dǎo)熱硅脂產(chǎn)品的性能高低。導(dǎo)熱系數(shù)(Thermal Conductivity )導(dǎo)熱系數(shù)的單位為 W/m K (或W/m C),表示截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開(kāi)爾文(K= C +273.15 )時(shí)的熱傳導(dǎo)功率。數(shù)值越大,表明該材料的熱傳遞速度越快,導(dǎo)熱性能越好。目前主流導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)均大于1W/m K,優(yōu)秀的可達(dá)到6W/m K以上,是空氣的200倍以上。但是和銅鋁這些金屬材料相比,導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)只有它們的1/100左右,換而言之,在整個(gè)

11、散熱系統(tǒng)中,硅脂層其實(shí)是散熱瓶頸之所在。對(duì)于一個(gè)散熱系統(tǒng)而言,不僅是散熱器的事,導(dǎo)熱介質(zhì)也是很重要的 組成部分:散熱系統(tǒng)的總熱阻=散熱器熱阻+導(dǎo)熱介質(zhì)熱阻導(dǎo)熱硅脂作為我們最常用的導(dǎo)熱介質(zhì),其重要性不言而喻了,要降低其熱阻,一方面取決于產(chǎn)品本身 的性能,另一方面取決于對(duì)產(chǎn)品的使用。因此我們要盡量選用那些導(dǎo)熱性能好熱阻低的導(dǎo)熱硅脂,并在使 用上多加注意,在保證硅脂完全填充熱源和散熱器表面空隙前提下,涂抹方式硅脂層盡可能地薄。值得大家注意的是普通導(dǎo)熱硅脂在高溫環(huán)境中使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)干化”或硬化”現(xiàn)象,將會(huì)大大影響散熱效果。因此在鋁基板與熱沉之間的導(dǎo)熱環(huán)節(jié)需重視。有關(guān)人士正研究在熱沉材料上進(jìn)行特殊

12、的陶瓷化處理直接安裝線路,經(jīng)過(guò)這樣的優(yōu)化后將會(huì)根本解決 散熱的導(dǎo)熱環(huán)節(jié)。從國(guó)內(nèi)現(xiàn)有參與制作 LED路燈的企業(yè)廠家來(lái)看, 大部分是沒(méi)有制作過(guò)路燈, 對(duì)路燈制作的技術(shù)具體要求較 模糊,互相參照模仿,以常規(guī)傳統(tǒng)蛇頭”形狀制作具多。當(dāng)今 LED路燈矩形狀的重量與風(fēng)阻影響著路燈的改造安裝,在光學(xué)配光和維護(hù)要求上與其常規(guī)氣體放電燈燈具相比難度較大,特別是直接的使用方業(yè)主反 應(yīng)強(qiáng)烈,給應(yīng)用推廣帶來(lái)了困難。我從國(guó)家電光源檢測(cè)中心得到的相關(guān)信息,在諸多廠家送檢產(chǎn)品中就在 IP防護(hù)這一項(xiàng)目上,絕大多數(shù)存在問(wèn)題,而且意識(shí)不到問(wèn)題的所在,認(rèn)為我們的產(chǎn)品在水里都浸泡過(guò)也沒(méi)有問(wèn)題,怎么到檢測(cè)中心就出 問(wèn)題?相信也有些產(chǎn)品

13、在使用一段時(shí)間暴露出光源腔體存有水氣。我看到許多廠家在檢測(cè)中心排隊(duì)送檢的產(chǎn)品,感到心痛,很多彎路是可以避免的。在燈體密封結(jié)構(gòu)上,在密封圈的材料選用上 方面就做了專門的研究。,飛利浦的燈具在這在路燈造型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,不要跟著傳統(tǒng)路燈的模樣走。路燈的功能是要達(dá)到道路照明的要求,可以發(fā)揮LED光源的任意組合強(qiáng)項(xiàng),可制作成變形金剛”的特點(diǎn),能真正做到 白天觀景,夜晚觀燈”的城市景觀效果。道路照明要求的是;一定的照度和路面均勻度與平均照度,常規(guī)照明燈具反射器的缺憾在路面平均 照度上難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在燈具出光效率的有效利用上,傳統(tǒng)路燈的效率標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)>70 %為合格,但實(shí)際上有一部分溢散光不能準(zhǔn)確地控制

14、在照射面上并且無(wú)法利用,造成光污染,有效利用率約50%,而LED路燈的光學(xué)配光可以準(zhǔn)確控制光線方向,有效利用率達(dá)60%以上。要滿足道路照明的要求, 必須要把有效的光強(qiáng)利用從當(dāng)今大功率LED路燈點(diǎn)光源及光效的特點(diǎn)來(lái)看,到有效的照明范圍,道路照明的燈桿間距基本在30 40m,要保證道路的平均照度要求,其點(diǎn)光源LED燈具配光要使得路面沒(méi)有斑馬效應(yīng),需進(jìn)行相應(yīng)的二次光學(xué)系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)。明的平均照度,10米高時(shí)為34米X12米近似矩形光斑,光斑形狀與均勻度均能滿足道路照明要求。(見(jiàn)附圖3二次光學(xué)配光)15£U.LbD4 沖 . 、-'.T*l*Wft*Arlethrff HVqi3 &q

15、uot;234 tt* "跡CSi 乂于70以某款燈為例:見(jiàn)附圖;高質(zhì)量的大功率LED路燈用模塊化配套的二次光學(xué)系統(tǒng)可以有效控制路燈照Yi ran20000100000-lOOOO-20000三lOOOOlOOOO匕 tito從以上兩點(diǎn)可以看出, 只要LED路燈二次光學(xué)設(shè)計(jì)合理, 投向目標(biāo)照射面的有效光通量和傳統(tǒng)路燈基 本接近。目前LED路燈的配光技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展,有些廠家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出良好的二次配光系統(tǒng),而不 再是單純依靠光源排列來(lái)配光,但綜合看,配光還不能做到完全合理,有些在道路內(nèi)側(cè)的配光較亮,均勻 度也能滿足要求,但人行道側(cè)環(huán)境光的亮度明顯不足,SR值明顯不符合要求,還是廠家

16、設(shè)計(jì)人員對(duì)道路照明標(biāo)準(zhǔn)的要求理解不夠。LED路燈的色溫問(wèn)題:目前大功率LED路燈基本上是采用 5000K 左右所在色溫的白光。 作為道路照明光源, 視覺(jué)感過(guò)分陰 冷,同時(shí)遠(yuǎn)視時(shí)觀察能力會(huì)下降,在這方面路燈使用單位最有發(fā)言權(quán),3000K左右的黃光或暖白光是比較適合道路照明的,因此日光色的LED路燈不適合做路燈使用。當(dāng)今LED路燈在產(chǎn)品規(guī)格方面缺少統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),目前還沒(méi)有統(tǒng)一的LED路燈生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),每個(gè)廠家按自己的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)自己的產(chǎn)品,彼此間是很難通用的,另外LED路燈生產(chǎn)廠家的燈具自成體系,光源電器組裝和燈具捆綁在一起,各自不同的工作特性難以維護(hù),維護(hù)時(shí)必須使用原廠產(chǎn)品。而高壓鈉燈由 于技術(shù)標(biāo)

17、準(zhǔn)的統(tǒng)一,燈具、光源、電器方面通用性較強(qiáng),不同廠家之間的產(chǎn)品可以互用,從維護(hù)角度考慮, 這是非常重要,而維護(hù)對(duì)于路燈管理單位來(lái)說(shuō)則又是重中之重,只有這樣才可以及時(shí)對(duì)故障路燈進(jìn)行維護(hù),保證完好的亮燈率(上級(jí)部門對(duì)路燈管理考核中最重要的一項(xiàng)內(nèi)容),同時(shí)大大降低維護(hù)成本。可以說(shuō)在LED路燈目前的發(fā)展?fàn)顩r下,一旦出現(xiàn)故障時(shí),只能整個(gè)燈具進(jìn)行更換,除了高額成本外,而維護(hù)的時(shí)間 也要大大廷長(zhǎng),這對(duì)使用單位來(lái)說(shuō)的非常不利的。對(duì)燈具的維護(hù),常規(guī)照明燈具要簡(jiǎn)易的多,可在現(xiàn)場(chǎng)直接更換光源電器,成本也較低。而當(dāng)今許多生產(chǎn)廠家的LED路燈,可能廠家認(rèn)為是免維護(hù)的,所以現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)就無(wú)法進(jìn)行了,維修方面真正的負(fù)擔(dān)還是交給

18、了生產(chǎn)廠家。殊不知;造成產(chǎn)品難以推廣的瓶頸還是來(lái) 之于直接使用單位。針對(duì)當(dāng)今LED路燈應(yīng)用推廣其中的兩大難題:1.維護(hù)困難2.大功率LED電源的瓶頸根據(jù)這兩大難點(diǎn)我個(gè)人建議;從安全、維護(hù)方便更換,規(guī)避大功率電源的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。模塊化組合式設(shè) 計(jì)一定是發(fā)展的方向。做成標(biāo)準(zhǔn)模塊化,諸如30w,40w,50w連同適合本功率電源一體化。不但解決了大功率電源的風(fēng)險(xiǎn),而且遇到故障換用方便。單組模塊又可以一款燈多用途,可改裝為L(zhǎng)ED隧道燈、LED 頂棚燈、LED洗墻燈、LED投光燈、LED隧道燈等,一套方案多款燈具。(見(jiàn)附圖4)IiteS主支架.>.2 7散熱材料,導(dǎo)熱環(huán)節(jié)和科學(xué)化的造型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在現(xiàn)今大功率LED路燈的制作中,值得大家去感悟。從LED路燈市場(chǎng)的置疑甚至排斥,走到了現(xiàn)在的嘗試與接納,我們看到了前景的曙光,但我們還需要一段 路要走。隨著大功率 LED光效的不斷提高和硅基 LED日新月異的發(fā)展,將根本解決半導(dǎo)體照明光源高價(jià) 格的瓶頸,讓我們共同攜起手來(lái)摸索與探討,相信在大家的努力下,用第四代光源做出更好的LED路燈照明燈具,取代高壓鈉路燈這段路不會(huì)很遠(yuǎn)!碳戰(zhàn)屣傭軍以您尊貴的品牌與名義梢準(zhǔn)鎖定布能率,狙擊碳戰(zhàn)收益城市照明減碳項(xiàng)口一站式成果外包www.xiindeng.coin 支援呼叫:138237410

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