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LED光源的道路灯具的设计要点

• 目前各级政府都大力推行节能减排，在室内照明中，已经强制执行照明功率密度（LPD）的限值。我国的道路照明节能认证的技术标准《道路照明灯具节能认证技术要求》将在明年初完成，该技术要求提出了道路照明功率密度（LPD）的考核要求，其核心部分是在满足道路路面的照度和照度均匀度的前提下尽可能地降低照明功率密度（单位：W/m2）,从而达到节能的目的。

  上述采用LED的道路灯具的设计思路正是迎合了《道路照明灯具节能认证技术要求》考核要求。目前加拿大政府已经按道路照明功率密度（LPD）的要求，推行其道路照明节能工作，估计在不远的将来会有更多的国家按LPD的要求推行其道路照明节能工作。

  在实际的道路照明灯具的设计中，可采用在基本设定每一个LED设射方向的前提下，把每一个LED用球形万向节固定在灯具上，当灯具使用于不同的高度和照射宽度时，可通过调整球形万向节使每一个LED的照射方向都达到满意的结果。在确定每一个LED的功率、光束输出角度时，可根据E（lx）=I(cd)/D(m)2 (光强和照度距离平方反比定律)，分别计算出各LED在基本选定光束输出角度时应该具备的功率，并且可以通过调整各LED的功率以及LED驱动电路输出给每一个LED不同的功率来使每一个LED的光输出都达到预计值。这些调整手段都是采用LED光源的道路灯具所特有的，充分利用这些特点就能实现在满足道路路面的照度和照度均匀度的前提下降低照明功率密度,达到节能的目的。

  采用LED的灯具设计的其他问题及解决方案

  a LED的散热工况和IP防护

  LED的工作工况和散热不仅直接关系到LED实际工作时的发光效率，而且还关系到LED的使用寿命。又因为在户外使用的道路灯具，应具有一定等功率电感级的防尘防水功能（IP），良好的电感生产IP防护往往会妨碍LED的散热。解决这个相互矛盾但又都得解决的两个问题是道路灯具设计时应关注的一个重要方面。在这一方面也是国内把LED应用于道路灯具中时出现不合格及不合理的情况最多的。国内目前使用中出现的不合格及不合理的情况基本有：

  （1）对LED采用了散热器，但LED连线的接线端子及散热器的设计无法达到IP45及以上等级，无法满GB7000.5/IEC6598-2-3 标准的要求。

  （2）采用普通的道路灯具外壳,在灯具出光面内用矩阵式LED,这种设计虽说能满足IP试验，但是由于灯具内的不通风会造成在工作时，灯具内腔的温度会升高到50℃~80℃，在如此高的工况下，LED的发光效率是不可能高的，同时LED的使用寿命也将大打折扣。

  （3）在灯具内采用了仪表风扇对LED及散热器进行散热，其进风口设计在灯具的下方，以避免雨水的进入，出风口设计在昆山电感厂下射LED光源的四周。这样也能有效避免雨水的进入，另外散热器和LED（光源腔）不处于同一空腔内，这种设计如做的好，按灯具的IP试验要求，能顺利通过。（有一企业采用了上述设计思路，其产品的还通过了VDE的IP65试验）这一方案，不仅解决了LED的散热问题，而且同时满足了IP等级的要求。但是这种看似良好的设计，实际上存在明显的不合理情况。因为在我国绝大多数道路灯具的使用场合，空中的飞尘量是较大的，有时会达到很大（例如起沙尘暴），这类灯具在一般条件下使用一段时间后（约三个月至半年），其内部散热器的缝隙内就会塞满灰尘，使散热器效果大打折扣，最后还会使LED因工作温度过高而使用寿命明显缩短。这一方案的不足是在于不能持久良好地使用。

  要兼顾道路灯具中LED的散热及IP防护，较合理的设计指导思想是（1）在关键的散热位置，采用导热板。导热板是在金属板的内部，均布有供冷媒流动的细导管，并在细导管内充有冷媒，当导热板的某一部位工字电感受热时，细导管内的冷媒会快速流动而使热量迅速地传导。好的导热板的热传导系数可以达到同厚度铜材板的8~12倍，虽说价格较高，但如在关键部位使用，对LED的散热将起到事半功倍的作用。（2）把灯具的外壳设计成散热器状。目前大部分的道路灯具外壳是铝材的，直接利用灯具外壳外面作为散热器既可以保证IP防护等级的要求，也可以得到很大的散热面积，另外，灯具外壳组成的散热器在有落尘时，可以通过自然的风雨而冲洗，从而可保证散热器工作的持续有效性。

  b LED驱动电路的效率和输出特性

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