LED路燈的新型改良分析與設計

李鵬飛

【摘 要】LED路燈（Light Emitting Diode，發光二級管）即半導體照明燈。它是一種基于半導體PN結形成的用微弱的電能就能發光的高效固態光源，是一種固態冷光源，具有環保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點。因此，LED路燈將成為道路照明節能改造的最佳選擇。本文通過對現有LED燈及常用路燈的分析，得出其存在的不足與缺陷，并有針對性的分別從驅動、效率、配光等幾個方面闡述對LED路燈的改良方法。

【關鍵詞】LED路燈；新型改良

一、驅動電路

目前市場上的LED驅動主要是針對小功率的LED恒流源或恒壓源。由于LED為電流型驅動器件，所以與之對應的LED驅動也應該是恒流源，而LED路燈中是多顆LED組合在一起，所以LED驅動器也需要多通道輸入。路燈則需要更高規格的LED，大電流高功率輸出是對LED驅動IC的另一要求。因此，開發出由220V電轉換成LED可用的恒流源可滿足上述要求；此外高轉換效率，良好的熱處理也是LED驅動起器的基本條件。LED燈的亮度與電流的大小有關，不穩定的電流不僅使其亮度產生變化，也會影響LED的壽命。另一方面，因為我國路燈的輸入是220伏交流電，因此宜采用AC/DC的模塊，將

220AC轉換成12/24/36/48V的直流電壓然后通過LED驅動電路來點亮LED燈。

二、效率提高

現有LED燈存在三個效率問題，即光源總光通量不足、燈具配光不佳以及驅動電路損耗大。對此采用經過優化的精簡系統設計，將傳統LED照明驅動電源的組成器件與保護電路封裝在一起，根據既定應用需求以最大程度地降低BOM成本和發揮其性能。這一架構其實是將AC-DC整流部分集成于LED路燈電源的控制模組中，將LED電源的不同功能做成一個不同單元的應用模塊。簡化和用多個組合來有效降低輸出端與AC輸入端的電壓差，以此不再需要用到效率較低、成本較高、發熱量較大和體積較大的單端式驅動模式，效率得以提升。

三、配光問題

LED路燈的配光主要有兩個方面，其一是如何由多個彩色的LED燈管，復合出我們照明所用的白色燈光；其二是LED的燈管按何種形式排列時可以達到預期的照明效果。對于路燈照明區的形狀問題，由于LED路燈是由多顆LED光源組成，LED光源又有很強的定向性能，但光源的投射距離有限，因此造成了燈下亮、兩燈之間暗，照度均勻度差的現象。在道路照明中，如果沒有對LED路燈光源配光，照射在路面上的光型為面積較大的圓形光斑，會有部分光散落到路面之外而沒有被利用。LED路燈的配光方案在道路照明要求的基礎上進行，同時要考慮控制眩光和考慮環境系數。對于LED的配光，有以下兩種方案：LED路燈的一次配光，即在功率型LED制造過程中，封裝時采用透鏡工藝可提高光效率、減少光輸出損失、改變光輸出特性；LED路燈的二次配光，即對LED路燈中的大功率LED采用透鏡或反光器進一步改變輸出光特性。

四、外殼散熱

雖然白熾燈和螢光燈的能量損失大，但是大部分能量都是通過紅外線直接放射出去，光源的發熱少；而LED，除了作為可視光消耗的能量，其他能量都轉換成了熱。另外，由于LED封裝面積小，通過對流和輻射的散熱少，從而積累了大量的熱。而分析其產熱原因以及主要影響，主要有以下三個方面：一是熱膨脹導致彎曲和龜裂；二是電子電路的運行障礙；三是材料品質惡化。因此要有效利用LED安裝材質和散熱器來解決散熱，就必須把握產生熱的傳熱路徑。熱解決重要的是排除傳熱路徑中阻礙傳熱的因素，比如可以考慮在傳熱路徑中使用導熱性能好的材質、擴大路徑的斷面面積、涂導熱潤滑劑使產品的連接部位不留空隙。因此也必須提高散熱器表面的放熱特性。典型的方法就是在表面多安裝幾個散熱片，擴大散熱器的放熱面積。

五、穩定發光量

燈具發光量問題實際上是由電池放電的降壓和LED的溫度特性造成。通常蓄電池的放電過程大約有10%以上的壓降。對于一個1W的LED，假如正向電壓從3.4變到3.1V，其正向電流將會從350mA降低至100mA。即改變250mA。其輸出光通量將會降低60%左右。此外，通常LED的伏安特性具有負溫度系數，大約為-2mV/℃。如果環境溫度變化50℃，那么正向電壓就有可能變化0.1V。對于一個1W的LED，其正向電流就有可能變化100mA，即從350mA降低至250mA。而其發光量也會降低20%。相當于隨溫度變化的光衰。為了徹底解決這個問題，就必須要采用恒流芯片來保持LED的正向電流不變。PAM2842是一種可以供給30個1瓦LED的恒流控制芯片，它可以在不論是由溫度變化還是由電池放電所引起的電壓變化情況下，保持LED的正向電流在3%以內。也就是可以保持其短期光衰在3%以內，從而保證其發光量的穩定。

參 考 文 獻

[1]羅桂娥.模擬電子技術基礎[M].長沙：中南大學出版社，2008

[2]陳明義.數字電子技術基礎[M].長沙：中南大學出版社，2008