淺議LED路燈目前的制作現(xiàn)狀及發(fā)展方向

1、 本文由wanghengxin091貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 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 萬億連同地方財(cái)政的支持預(yù)計(jì) 將有 10 多萬億的資金投入到國(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，

2、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 在不同程度的問題。 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

3、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)以上問題與大家一起討論解決方案： 對(duì) LED 光源的工作環(huán)境這個(gè)問題的討論，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)?，?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

4、率 LED 發(fā)光效率約 為 30，70將是熱能，需要將其散熱處理。如圖 1 所示。 （附圖 1） 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)。 在表 2 中可看出：TJ=50時(shí)，壽命為 90000 小時(shí)，TJ=80時(shí)，壽命降到 34000 小時(shí)，TJ=115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 TJTJmax。 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)（85 銀熱傳導(dǎo)系數(shù)比較好

5、，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，但銅的散熱沒有鋁快，銅可以快速的把 熱量帶走，但無法在短時(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

6、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， 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。 大家共同來探討一個(gè)設(shè)計(jì)方式：散熱是靠面積的道理顯而易見，是否可以將 散熱面做成柱

7、狀或多面形錐體。（分析見附圖 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，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?？諝獾膶?dǎo)熱能力很差，因此必須用其它 物質(zhì)來降低熱阻，否則散熱器的性能會(huì)大打折扣，甚至無法發(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

8、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的 導(dǎo)熱介質(zhì)。 導(dǎo)熱硅脂是用來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。其作用是用來向散熱片傳導(dǎo)鋁基板散發(fā)出來的熱量，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)樯岵涣级鴵p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·），表示截面積為 1 平方米的柱體沿

9、軸向 1 米距離的溫差為 1 開爾文（K=+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)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

10、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)行特殊的陶瓷化處理直接安裝線路， 經(jīng)過這 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)廠家來看，大部分是沒有制作過路燈，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

11、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)存在問題，而且意識(shí)不到問題的所在，認(rèn)為我們的產(chǎn) 品在水里都浸泡過也沒有問題， 怎么到檢測(cè)中心就出問題？相信也有些產(chǎn)品在使 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,飛利浦的燈具在這方面就做了專門的研

12、究。 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)確地控制在照射面上并且無法利 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。 從當(dāng)今大功率 LED 路燈點(diǎn)光源及光效的特

13、點(diǎn)來看， 要滿足道路照明的要求， 必須要把有效的光強(qiáng)利用到有效的照明范圍，道路照明的燈桿間距基本在 3040m，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 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)。 以某款燈為例：見附圖；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明的平均照度，10 米高時(shí)為 34 米×12 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。 （見附圖 3 二次光學(xué)配光） 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)

14、已經(jīng)有了很大的發(fā)展，有些廠家已經(jīng)開發(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，視覺感過分陰冷，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

15、規(guī)格方面缺少統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前還沒有統(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)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)于路燈管理單位來說 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 在 LED 路燈目前的發(fā)展?fàn)顩r下，一

16、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)使用單位來說的非常不利的。 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)就無法進(jìn)行了，維修方面真正的負(fù)擔(dān)還是交給了生產(chǎn)廠家。殊不知；造 成產(chǎn)品難以推廣的瓶頸還是來之于直接使用單位。 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 LED 隧道燈、LED 頂棚燈、 LED 洗墻