研究報(bào)告內(nèi)容、方法、技術(shù)路線

1、-. z.工程研究開發(fā)容、方法、技術(shù)路線一、半導(dǎo)體照明路燈主要研究容1、燈具系統(tǒng)的構(gòu)造、熱性能設(shè)計(jì)LED的工作工況和散熱不僅直接關(guān)系到LED實(shí)際工作時(shí)的發(fā)光效率，而且還關(guān)系到LED的使用壽命。又因?yàn)樵趹敉馐褂玫牡缆窡艟?，?yīng)具有一定等級的防塵防水功能IP，良好的IP防護(hù)往往會(huì)阻礙LED的散熱。解決這個(gè)相互矛盾但又都得解決的兩個(gè)問題是道路燈具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注的一個(gè)重要方面。在這一方面也是國把LED應(yīng)用于道路燈具中時(shí)出現(xiàn)不合格及不合理的情況最多的。國目前使用中出現(xiàn)的不合格及不合理的情況根本有：對LED采用了散熱器，但LED連線的接線端子及散熱器的設(shè)計(jì)無法到達(dá)IP45及以上等級，無法滿足GB7000.5/

2、IEC6598-2-3標(biāo)準(zhǔn)的要求。采用普通的道路燈具外殼,在燈具出光面用矩陣式LED,這種設(shè)計(jì)雖說能滿足IP試驗(yàn)，但是由于燈具的不通風(fēng)會(huì)造成在工作時(shí)，燈具腔的溫度會(huì)升高到5080，在如此高的工況下，LED的發(fā)光效率是不可能高的，同時(shí)LED的使用壽命也將大打折扣。在燈具采用了儀表風(fēng)扇對LED及散熱器進(jìn)展散熱，其進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)在燈具的下方，以防止雨水的進(jìn)入，出風(fēng)口設(shè)計(jì)在下射LED光源的四周。這樣也能有效防止雨水的進(jìn)入，另外散熱器和LED光源腔不處于同一空腔，這種設(shè)計(jì)如做的好，按燈具的IP試驗(yàn)要求，能順利通過。這一方案，不僅解決了LED的散熱問題，而且同時(shí)滿足了IP等級的要求。但是這種看似良好的設(shè)計(jì)，實(shí)

3、際上存在明顯的不合理情況。因?yàn)樵谖覈^大多數(shù)道路燈具的使用場合，空中的飛塵量是較大的，有時(shí)會(huì)到達(dá)很大例如起沙塵暴，這類燈具在一般條件下使用一段時(shí)間后約三個(gè)月至半年，其部散熱器的縫隙就會(huì)塞滿灰塵，使散熱器效果大打折扣，最后還會(huì)使LED因工作溫度過高而使用壽命明顯縮短。這一方案的缺乏是在于不能持久良好地使用。在燈具關(guān)鍵的散熱位置，采用導(dǎo)熱板。導(dǎo)熱板是在金屬板的部，均布有供冷媒流動(dòng)的細(xì)導(dǎo)管，并在細(xì)導(dǎo)管充有冷媒，當(dāng)導(dǎo)熱板的*一部位受熱時(shí)，細(xì)導(dǎo)管的冷媒會(huì)快速流動(dòng)而使熱量迅速地傳導(dǎo)。好的導(dǎo)熱板的熱傳導(dǎo)系數(shù)可以到達(dá)同厚度銅材板的812倍，雖性能好但是價(jià)格較高，不適合產(chǎn)業(yè)化操作，本錢及后期環(huán)?；厥盏炔僮魃嫌泻?/p>

4、大困難。把燈具的外殼設(shè)計(jì)成散熱器狀。目前大局部的道路燈具外殼是鋁材的，直接利用燈具外殼外面作為散熱器既可以保證IP防護(hù)等級的要求，也可以得到很大的散熱面積，另外，燈具外殼組成的散熱器在有落塵時(shí)，可以通過自然的風(fēng)雨而沖洗，從而可保證散熱器工作的持續(xù)有效性。在本錢及后期環(huán)?；厥盏炔僮魃线€有很大的操作余地，這是產(chǎn)業(yè)構(gòu)造、散熱技術(shù)重要突破的一個(gè)方向2、LED燈的光效、顯色性、光率、封裝可靠性技術(shù)。目前白光LED普遍使用發(fā)藍(lán)光LED疊加由藍(lán)光激發(fā)的發(fā)黃光的釔鋁石榴石(YAG)熒光粉，合成為白光。由于其發(fā)光光譜中僅含藍(lán)、黃這兩個(gè)波譜，所以存在色溫偏高、顯色指數(shù)偏低的問題，不符合普通照明要求。人眼對色差的敏

5、感性大大高于對光強(qiáng)弱的敏感性，對照明而言，光源的顯色性往往比發(fā)光效率更重要。所以參加適量發(fā)紅光的熒光粉并能保持較高發(fā)光效率是LED白光照明中的一個(gè)重要的課題。另外在材料上、LED的封裝上要使燈在一定的使用條件下燈工作的光率特性要在合理的技術(shù)性能。3、燈具系統(tǒng)的二次光學(xué)設(shè)計(jì)目前LED在道路燈具中使用的最普遍形式主要有兩類，一類是采用傳統(tǒng)的道路燈具外殼，只是在燈具，在一個(gè)幾乎是平板的安裝面也是反光面上，裝上了矩陣式的LED，這種設(shè)計(jì)方式是不可能得到良好的燈具配光的。另一類是把多個(gè)LED集成在一個(gè)圓形的區(qū)域區(qū)域直徑大約為30mm40mm，使這一小區(qū)域的光輸出密度接近高強(qiáng)度氣體放電燈，再利用燈具反射器

6、進(jìn)展配光，但這種設(shè)計(jì)方式的燈具分布光度也不會(huì)優(yōu)于傳統(tǒng)的道路燈具，并且由于在一個(gè)很小的區(qū)域集成了高密度的LED，使LED的散熱情況明顯不良，不僅影響到LED的發(fā)光效率，而且也往往影響到LED的使用壽命。目前照明用LED的最大特點(diǎn)是具有定向發(fā)射光的功能，目前功率型LED幾乎都裝有反光杯或透鏡，但這類配光存在以下幾類問題。1透鏡的配光特性和出光效率受到很大的限制，在均勻度上、色斑效應(yīng)都很難處理。2反光杯的配光特性雖好但也受到很大限制，在產(chǎn)品的耐候特性上性能很不穩(wěn)定，通常只適合于室溫度條件、鹽霧條件不高的場合。如要處理上述兩種產(chǎn)品的短處，目前市場化本錢都很高。采用LED的道路燈具應(yīng)盡可能地利用LED的

7、定向發(fā)射光的特性，使道路燈具中的各個(gè)LED分別直接把光線射向被照路面的各個(gè)區(qū)域，再利用燈具反射器的輔助配光，來實(shí)現(xiàn)很合理的道路燈具的綜合配光。應(yīng)該說，道路燈具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115標(biāo)準(zhǔn)的照度和照度均勻度要求，燈具采用專用一次配光良好的LED燈。在燈具，再按照路燈具高度及路面寬度設(shè)計(jì)各個(gè)LED的安裝位置和發(fā)射光的方向?qū)崿F(xiàn)良好的二次配光功能。來保證道路照度更好的均勻度。這應(yīng)該是產(chǎn)業(yè)LED燈的重要技術(shù)突破路線。4、電源、電路與燈具集成的設(shè)計(jì)LED對驅(qū)動(dòng)電路的要能保證恒流輸出的特性，因?yàn)長ED正向工作時(shí)結(jié)電壓相對變化區(qū)域很小，所以保證了LED驅(qū)動(dòng)電流的恒定也就根

8、本保證了LED輸出功率的恒定。對于我國電源電壓供給不穩(wěn)定的現(xiàn)狀，道路燈具LED的驅(qū)動(dòng)電路具有恒流輸出特性是十分必要的，可保證光輸出恒定并且防止LED的超功率運(yùn)行。要想使LED驅(qū)動(dòng)電路呈現(xiàn)恒流特性，從驅(qū)動(dòng)電路的輸出端向看，其輸出阻抗一定是高的。工作時(shí)，負(fù)載電流也同樣通過這一輸出阻抗，如果驅(qū)動(dòng)電路由降壓、整流濾波后加直流恒流源電路或通用的開關(guān)電源加電阻電路組成，在其上必定也消耗很大的有功功率，所以此兩類驅(qū)動(dòng)電路在根本滿足恒流輸出的前提下，效率是不可能高的。正確的設(shè)計(jì)方案是采用有源電子開關(guān)電路或采用高頻電流來驅(qū)動(dòng)LED，采用上述兩種方案可以使驅(qū)動(dòng)電路在保持良好的恒流輸出特性的前提下，仍具有很高的轉(zhuǎn)換

9、效率。目前我國的道路燈具，根本都采用HID光源加配觸發(fā)器和電感鎮(zhèn)流器的模式，這一模式雖說存在能效較低及頻閃的問題，但其可靠性是很高的。而采用電子驅(qū)動(dòng)電路的LED燈具，在野外照明場合使用時(shí)，威脅其可靠性的一個(gè)重要方面是雷電感應(yīng)問題。眾所周知，空中的閃電發(fā)射的是一廣譜的無線電波，而架空的道路燈具供電線路，是良好的承受無線。兩根電源線接收的同一閃電發(fā)出的無線電波，對驅(qū)動(dòng)電路來講是屬于共模干擾信號，這種共模干擾對地可達(dá)數(shù)佰伏到數(shù)千伏，很容易擊穿驅(qū)動(dòng)電路的EMC接地電容或較小的對地對外殼的電氣間隙，造成驅(qū)動(dòng)電路的損壞。另外由于我國的供電線路是三相四線制中性線接地的極性電源，所以在兩根架空供電線的各段，在

10、感應(yīng)到閃電的無線電波的瞬間，由于兩根供電線對地的瞬時(shí)阻抗不同而使兩根供電線間產(chǎn)生一個(gè)差模的干擾電壓，這一瞬時(shí)差模干擾電壓也可到達(dá)數(shù)百伏至3000多伏，這一電壓往往會(huì)擊穿驅(qū)動(dòng)電路的電源整流二極管和印制線路板上的不同極性電極間的電氣間隙，同樣會(huì)使驅(qū)動(dòng)電路損壞。要解決這一問題，必須在LED的驅(qū)動(dòng)電路中的輸入端，并接快速響應(yīng)的壓敏電阻，以保證差模干擾的泄放。由于閃電的感應(yīng)干擾是重復(fù)屢次的，當(dāng)干擾電壓高時(shí)，壓敏電阻瞬時(shí)導(dǎo)通泄放的電流可能很大，所以采用的壓敏電阻不僅應(yīng)具有快速的響應(yīng)能力，還應(yīng)具備瞬時(shí)導(dǎo)通數(shù)十安培的泄放能力而不損壞。除了采用壓敏電阻外，LED的驅(qū)動(dòng)電路的輸入端還應(yīng)結(jié)合傳導(dǎo)干擾EMI的防護(hù)，設(shè)

11、計(jì)有復(fù)合的LC網(wǎng)絡(luò)，使這些LC網(wǎng)絡(luò)不僅能阻礙部的EMI對電網(wǎng)的泄露，而且能對閃電的干擾信號起到明顯的抑制作用。還有，LED驅(qū)動(dòng)電路各點(diǎn)對地的電氣間隙應(yīng)保持在7mm以上，EMI防護(hù)的接地電容以及驅(qū)動(dòng)電路的對地絕緣強(qiáng)度，應(yīng)到達(dá)強(qiáng)化絕緣4V+2750V的要求，這樣能使LED的驅(qū)動(dòng)電路具有良好的抗差模和共模雷電感應(yīng)的能力。5、系統(tǒng)的可靠性LED的封裝技術(shù)是目前LED的技術(shù)瓶頸，LED技術(shù)的開展可以從兩個(gè)面來說明。1芯片技術(shù)的開展，芯片技術(shù)主要是在功率密度、發(fā)光效率、抗靜電指數(shù)、波段、光率、生產(chǎn)本錢六大方面提升。2封裝技術(shù)的開展，封裝技術(shù)主要是在封裝工藝、熱可靠度、熱阻、出光效率、設(shè)備、生產(chǎn)本錢六大方面

12、提升。目前我國的兩大技術(shù)都處于滯后端，如果說真正把白光LED推到主照明的平臺(tái)上來，封裝是其中的一項(xiàng)決定性因數(shù)。作為LED可靠度驗(yàn)證上要從冷熱沖擊、熱阻、耐候、回流焊接、抗靜電指數(shù)、耐2倍電流沖擊等多方面驗(yàn)證。從目前技術(shù)開展來看，瓷封裝、倒裝焊接HVQFN應(yīng)該是產(chǎn)業(yè)LED燈封裝的重要技術(shù)突破路線。LED封裝的配套材料是目前造成光率大、可靠性不高等技術(shù)主要原因。高可靠的透明硅膠透鏡、熒光粉、銀膠、LED封裝支架等眾多材料是LED生產(chǎn)中重點(diǎn)控制和技術(shù)把關(guān)的。應(yīng)該也是LED燈封裝的重要技術(shù)突破路線。電源是目前系統(tǒng)中起到致命因數(shù)的配件之一，一個(gè)適合于室外路燈環(huán)境的高可靠性、壽命長的電源是LED產(chǎn)品質(zhì)量的

13、關(guān)鍵。簡化元件、提高電轉(zhuǎn)換效率、提高產(chǎn)品可靠性、智能化控制技術(shù)是目前所要攻克的一個(gè)重大工程。構(gòu)造材料上重點(diǎn)是燈具外殼的耐候性、生產(chǎn)制成中熱、靜電的防護(hù)及制成控制都是會(huì)造成系統(tǒng)可靠性降低的原應(yīng)。二、擬解決的關(guān)鍵技術(shù)1、燈具系統(tǒng)的構(gòu)造、熱性能設(shè)計(jì)燈具外型、散熱一體化設(shè)計(jì)，有良好的熱性能，使產(chǎn)品在常規(guī)環(huán)境下LED溫度不超過60度、外觀視覺性、環(huán)境可靠性。2、LED燈的光效、顯色性、光率、封裝可靠性技術(shù)。燈具整體光效提高到80LM/W，顯色性到達(dá)Ra指數(shù)80以上，光率在常規(guī)環(huán)境工作到達(dá)50000小時(shí)/光率小于30%。3、燈具系統(tǒng)的二次光學(xué)設(shè)計(jì)到達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)CJJ45-2006和CIE31以及CIE115

14、標(biāo)準(zhǔn)的照度和照度均勻度要求。4、電源、電路與燈具集成的設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換效率到達(dá)90%，滿足室外路燈環(huán)境可靠性要求，使用壽命到達(dá)5年壞機(jī)率小于5，控制電路電路設(shè)計(jì)集中控制、標(biāo)準(zhǔn)模塊化、系統(tǒng)可擴(kuò)展性。簡化電路、更小體積，減少本錢。5、系統(tǒng)的可靠性。室外路燈環(huán)境的抗感應(yīng)雷擊、抗電壓波動(dòng)沖擊、-35+50環(huán)境的溫差沖擊、太陽紫外線輻射等性能，到達(dá)產(chǎn)品5年以上的使用壽命。三、擬采用的方法、技術(shù)路線及工藝流程1、燈具系統(tǒng)的構(gòu)造、熱性能設(shè)計(jì)有效的熱性能分析、黃金分割線美工設(shè)計(jì)、借鑒產(chǎn)業(yè)鈉燈構(gòu)造成熟技術(shù)、散熱燈具裝飾燈具一體化設(shè)計(jì)、高品質(zhì)的壓鑄模產(chǎn)品。2、LED燈的光效、顯色性、光率、封裝可靠性技術(shù)。與國際技術(shù)構(gòu)

15、造、國際化企業(yè)、院校、研究機(jī)構(gòu)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手建立產(chǎn)學(xué)研基地、產(chǎn)業(yè)化聯(lián)盟，建立有效的產(chǎn)品可靠性分析驗(yàn)證平臺(tái)、擬定周密、技術(shù)過硬、可操作性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。3、燈具系統(tǒng)的二次光學(xué)設(shè)計(jì)開發(fā)對應(yīng)場所的高效、高可靠、一次配光透鏡技術(shù)的LED產(chǎn)品，高可靠度、高效的二次配光反光杯，研究開發(fā)對應(yīng)得材料技術(shù)，使其產(chǎn)品的實(shí)用性。4、電源、電路與燈具集成的設(shè)計(jì)通訊基站及防雷、驅(qū)動(dòng)單之路準(zhǔn)確恒流、高壓平安電壓高轉(zhuǎn)換效率、高效低EMC高PFC值的電路。單片機(jī)智能化控制時(shí)間、半功率、LED電壓智能檢測驅(qū)動(dòng)等5、系統(tǒng)的可靠性倒裝封裝技術(shù)且經(jīng)過高可靠性驗(yàn)證的LED，光率小于20%測試條件IF=700mA。LED外表溫度=855。相對濕度

16、PH=8510% ，1000小時(shí)持續(xù)點(diǎn)亮，衰減在0.4%以；5年以上使用壽命的高可靠性電源，10年以上耐候設(shè)計(jì)的高可靠性構(gòu)造件，線上燈模塊漏電檢測系統(tǒng)，在線高溫、電壓沖擊、電源開關(guān)沖擊等檢測質(zhì)量控制系統(tǒng)，擬定周密、技術(shù)過硬、可操作性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。四、工程的特色和創(chuàng)新突破點(diǎn)1、燈具散熱一體化設(shè)計(jì)；2、LED一次配光、高出光效率、低本錢、高質(zhì)量配光、滿足國家最新道路照明標(biāo)準(zhǔn)的要求。3、高可靠性的倒裝焊接9/W的熱阻，整體發(fā)光效率80Lm/W；4、電源轉(zhuǎn)換效率到達(dá)90%，滿足室外路燈環(huán)境可靠性要求，使用壽命到達(dá)5年壞機(jī)率小于55、集中控制，標(biāo)準(zhǔn)模塊化，系統(tǒng)可擴(kuò)展性等多種實(shí)用技術(shù)。五、工程完成后預(yù)期實(shí)現(xiàn)的技術(shù)1、燈具散熱一體化設(shè)計(jì)；2、LED一次配光、高出光效率、低本錢、高質(zhì)量配光、滿足國家最新道路照明標(biāo)準(zhǔn)的要求。3、高可靠性的倒裝焊接9/W的熱阻，整體發(fā)光效率80Lm/W；