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分析LED路灯的新型改良及其设计

导读: 本文通过对现有LED灯及常用路灯的分析,得出其存在的不足与缺陷,并有针对性的分别从驱动、效率、配光等几个方面阐述对LED路灯的改良方法。

  OFweek节能网讯:一、驱动电路

  目前市场上的LED驱动主要是针对小功率的LED恒流源或恒压源。由于LED为电流型驱动器件,所以与之对应的LED驱动也应该是恒流源,而LED路灯中是多颗LED组合在一起,所以LED驱动器也需要多通道输入。路灯则需要更高规格的LED,大电流高功率输出是对LED驱动IC的另一要求。因此,开发出由220V电转换成LED可用的恒流源可满足上述要求;此外高转换效率,良好的热处理也是LED驱动起器的基本条件。LED灯的亮度与电流的大小有关,不稳定的电流不仅使其亮度产生变化,也会影响LED的寿命。另一方面,因为我国路灯的输入是220伏交流电,因此宜采用AC/DC的模块,将220AC转换成12/24/36/48V的直流电压然后通过LED驱动电路来点亮LED灯。

  二、效率提高

  现有LED灯存在三个效率问题,即光源总光通量不足、灯具配光不佳以及驱动电路损耗大。对此采用经过优化的精简系统设计,将传统LED照明驱动电源的组成器件与保护电路封装在一起,根据既定应用需求以最大程度地降低BOM成本和发挥其性能。这一架构其实是将AC-DC整流部分集成于LED路灯电源的控制模组中,将LED电源的不同功能做成一个不同单元的应用模块。简化和用多个组合来有效降低输出端与AC输入端的电压差,以此不再需要用到效率较低、成本较高、发热量较大和体积较大的单端式驱动模式,效率得以提升。

  三、配光问题

  LED路灯的配光主要有两个方面,其一是如何由多个彩色的LED灯管,复合出我们照明所用的白色灯光;其二是LED的灯管按何种形式排列时可以达到预期的照明效果。对于路灯照明区的形状问题,由于LED路灯是由多颗LED光源组成,LED光源又有很强的定向性能,但光源的投射距离有限,因此造成了灯下亮、两灯之间暗,照度均匀度差的现象。在道路照明中,如果没有对LED路灯光源配光,照射在路面上的光型为面积较大的圆形光斑,会有部分光散落到路面之外而没有被利用。LED路灯的配光方案在道路照明要求的基础上进行,同时要考虑控制眩光和考虑环境系数。对于LED的配光,有以下两种方案:LED路灯的一次配光,即在功率型LED制造过程中,封装时采用透镜工艺可提高光效率、减少光输出损失、改变光输出特性;LED路灯的二次配光,即对LED路灯中的大功率LED采用透镜或反光器进一步改变输出光特性。

  四、外壳散热

  虽然白炽灯和萤光灯的能量损失大,但是大部分能量都是通过红外线直接放射出去,光源的发热少;而LED,除了作为可视光消耗的能量,其他能量都转换成了热。另外,由于LED封装面积小,通过对流和辐射的散热少,从而积累了大量的热。而分析其产热原因以及主要影响,主要有以下三个方面:一是热膨胀导致弯曲和龟裂;二是电子电路的运行障碍;三是材料品质恶化。因此要有效利用LED安装材质和散热器来解决散热,就必须把握产生热的传热路径。热解决重要的是排除传热路径中阻碍传热的因素,比如可以考虑在传热路径中使用导热性能好的材质、扩大路径的断面面积、涂导热润滑剂使产品的连接部位不留空隙。因此也必须提高散热器表面的放热特性。典型的方法就是在表面多安装几个散热片,扩大散热器的放热面积。

  五、稳定发光量

  灯具发光量问题实际上是由电池放电的降压和LED的温度特性造成。通常蓄电池的放电过程大约有10%以上的压降。对于一个1W的LED,假如正向电压从3.4变到3.1V,其正向电流将会从350mA降低至100mA。即改变250mA。其输出光通量将会降低60%左右。此外,通常LED的伏安特性具有负温度系数,大约为-2mV/℃。如果环境温度变化50℃,那么正向电压就有可能变化0.1V。对于一个1W的LED,其正向电流就有可能变化100mA,即从350mA降低至250mA。而其发光量也会降低20%。相当于随温度变化的光衰。为了彻底解决这个问题,就必须要采用恒流芯片来保持LED的正向电流不变。PAM2842是一种可以供给30个1瓦LED的恒流控制芯片,它可以在不论是由温度变化还是由电池放电所引起的电压变化情况下,保持LED的正向电流在3%以内。也就是可以保持其短期光衰在3%以内,从而保证其发光量的稳定。

  相关链接:浅析LED照明原理及其节能技术

       探讨大功率LED照明优越性与LED节能的应用

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