关键词 道路照明 LED灯具 实验案例 经验总结
LED是英文 “LIGHT EMITTING DIODE”的缩写，也就是平时所说的发光二极管。理论上的使用寿命在10万小时左右。但在生产过程中，大部分设计人员对驱动电源及散热要求认识不足，导致选用不当或一味追求低成本，使LED芯片寿命极大缩短，寿命不足2000小时，甚至更低，导致LED的优势得不到很好的发挥，造成许多人对LED产品产生误解，影响LED的产品的声誉。
大功率LED路灯是指功率在30W以上的LED路灯。
当前大功率LED路灯面临的主要技术问题是：输出功率和光通量、二次光学设计、散热设计及电源系统设计。其中输出功率和光通量的提高需要在大功率白光LED的外延技术、芯片工艺等基础上进一步提升。而二次光学设计方面，LED的辐射形式有朗伯型、侧射型、蝙蝠翼型和聚光型等几种。而大功率LED路灯的产品质量主要需考虑光学性能、电性能、热性能、辐射安全和寿命等几方面的参数。特别是选择合适、高效的LED专用电源，及设计合理的散热系统，才能真正展露出LED光源高效能的特性。当然选择好高质量的LED芯片是首要的前提条件！根据当今科技的发展，美国科锐、德国欧司朗及日本日亚的LED芯片是首选材料，现今绝大部分的生产厂家都是选用这三家的产品。
一、大功率LED路灯实验案例：
我市在2007年7月开始在205国道（荆西至莘口）路段进行LED路灯实验，使用的是我市一家光电企业的产品。该产品使用的电源驱动是恒流源驱动，型号为DGP70WS-320 220VAC-80～200VDC，输出电流为300MA。此次工程设计安装LED路灯72盏，路宽11米,路灯杆高9米，间距40米，路面为混凝土路面。工程安装完毕后进行了照度测试。为防止居民住宅照明和往来车辆的干扰，我们选择在晚上23点过后进行测试，测试结果如下：
经计算路面平均照度约为E平均=7.5LX；路面照度均匀度约为U=0.28。由于在同一路段同时有安装250W高压钠灯，故同时测量一套250W高压钠灯做为参照，结果如下：
经计算路面平均照度约为E平均=18.05LX；路面照度均匀度约为U=0.38。可以看出，该品牌的大功率LED路灯无论从平均照度还是从均匀度都达不到CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》要求（快速路、主干路路面照度标准值20～30lx，均匀度标准值0.4，次干道路面照度标准值10～15lx，均匀度标准值0.35）。我们与生产厂家针对测试数据进行了探讨，认为应该在LED芯片、散热材料及驱动电源上下功夫，提高品质。
为了了解该品牌灯具的光衰，2008年5月20日晚23点,我们又在07年的同一路段的同一测试点进行了测试，测试结果如下：
经计算路面平均照度约为E平均=6.2LX；路面照度均匀度约为U=0.27。经观察，整体的LED路灯仅1套出现熄灯，占总数的1.4%，有6套灯具的光源室出现LED模组局部熄灯，占总数的8.3%，1套灯具在灯具安装部位与电源室连接处出现断裂，占总数的1.4%。该产品采用的是4块恒流源驱动，光源室内有7排的LED模组，每排有1W的LED芯片16～32粒。经双方共同探讨后总结出以下结论：
1、针对每个测试点较低的照度，应提高LED芯片的光通量；2、针对路面照度均匀度小于0.4的情况，应增加路灯安装的密度，并重新研究光源室的配光；3、针对灯具连接处的断裂问题，提出应增加4道加强筋，以加强灯具的机械强度。
4、由于该产品是采用铝合金压铸，断裂面出现的众多细微气泡，说明压铸时的压力不足，应增加压力；5、由于铝合金压铸灯体的外观不如拉伸灯体的外观美观，故该产品在灯体上喷漆，影响了灯具的散热，造成光衰过快。
到了2008年9月，我市又在列东街（5路～徐碧铁桥）进行了第二次大功率LED路灯安装，还是采用该公司的产品。这次共安装76套156W大功率LED路灯。
该路面为沥青混凝土路面，道路宽17米，路灯间距30米，杆高12米，我们同样在晚上23点过后进行测试，结果如下：
经计算路面平均照度约为E平均=17.34LX；路面照度均匀度约为U=0.56。从这次的测试数据可以看出，平均照度已接近标准值（20～30LX）, 照度均匀度已达到标准值（0.4）。灯具的品质已有较大的提高！
二、经验总结：
可见提高大功率LED灯具的品质应从选用高质量的LED芯片，良好的散热系统及稳定的驱动电源做起。首先，我们先从LED电源说起。LED电源按驱动方式可以分为两大类：1、恒流式驱动电路。使用该种电路很理想，缺点就是价格较高。2、稳压式电路。
此电路不怕负载开路，却严禁负载短路。采用何种方式驱动是提高LED灯具品质的关键因素之一。若要提高大功率LED灯具的品质应放弃恒压驱动电源，采用恒流源驱动，此时不需要在输出电路串联限流电阻，并且外界电源电压和环境温度的变化，以及LED参数离散性不会影响LED芯片流过的电流，从而能保持电流恒定，充分发挥LED的各种优良特性。它会自动检测和控制流过的电流，通电瞬间的过高的电流及负载短路烧坏电源的情况都不可能发生，也会避免LED正向电压的改变而引起电流变动，从而使LED的亮度稳定，便于保证产品的一致性。我市实验的大功率LED路灯就是采用4块恒流源驱动，极少出现整套路灯熄灯的现象。
其次再说说LED灯具的散热系统。理论上有：1、热管、微毛细管系统；2、风冷（加风扇）；3、自然散热方式。但目前常用的方式有2种：1、在芯片下部加铜或铝质热沉，采用半包封结构，加速散热；2、增加二次散热装置，以降低器件的热阻。对于大功率LED芯片，散热良好、低热阻及低应力的封装结构是技术关键。因此必须采用低电阻率、高导热性能的材料粘结芯片。高导热系数的软性硅胶导热绝缘垫正好非常符合上述条件，因此被广泛地应用在大功率LED灯具中。它利用本身所具备良好的导热特性，最大程度满足器件的工艺传热要求，提升器件使用功率及延长使用寿命。主要填充发热功率器件与散热器之间的间隙，是替代导热硅脂导热膏加云母片的二元散热系统的理想产品，已通过SGS、ROHS标准及UL安规检测。我市实验的产品采用的是LED的散热垫与铝基板的敷铜层回流焊焊接，未使用高导热系数的软性硅胶导热绝缘垫，造成管芯的结温上升迅速，LED芯片光衰过快。
由于大功率LED芯片会在工作过程中产生大量的热量,使管芯结温迅速升高。LED功率越高,发热效应越大，将导致发光器件性能的变化与电光转换效率衰减,严重时甚至失效。实验测试表明：LED自身温度每上升5摄氏度，光通量就下降3％！由此可见散热系统的重要性，它是提高LED灯具品质的另一个关键因素。所以应当在可能的情况下加大LED光源自身的散热面积,竭尽所能地降低LED自身的工作温度。针对路灯具有户外夜间使用的特点，散热面位于侧上面有利 于空气自然对流散热。我市实验的产品就是在灯体的上部和侧面采用散热鳍片，但是未注意灯具的强度问题，造成安装时及使用时灯具发生裂纹甚至折断的现象。如果条件允许，最好能将电源部分与光源部分隔开，现在许多隧道灯就已采用该种方式。
最后，根据道路照明规范，依据经验及测试，LED灯具的二次光学设计采用朗伯型和蝙蝠翼型比较适用。会使得LED灯具的光照范围、光度曲线更加符合道路照明的需求。
因此，只有这样生产出来的LED灯具才会是高品质的专业LED灯具。
虽然大功率LED灯具作为道路照明存在着明显的优点：节能、安全、环保、寿命长、体积小、响应时间短；安装维护简便；模块安装、无多余配线；技术进步空间大。LED灯具除了在单灯成本及最初安装的造价比原有照明灯具高外，在铺设成本、耗电成本及寿命方面均高于原有照明灯具。但它还有很大的劣势，体现在： 1、当前价格还太高，高质量的LED灯具每瓦的平均成本为25元左右； 2、现阶段产业化应用的LED芯片的光效为80～90LM/W，而高压钠灯的光效为120～140LM/W。 3、还没有制定国家行业标准及施工验收规范，影响了LED的寿命优势。
三、结束语综上所述，大功率LED路灯只要充分发挥LED的特性，扬长避短，提高产品的质量和寿命，降低成本，形成标准系列，从而完全替代原有的传统球状光源，成为道路照明的生力军指日可待。