突破LED應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù) 實(shí)現(xiàn)LED路燈產(chǎn)業(yè)化

　　隨著社會(huì)發(fā)展的進(jìn)步，節(jié)能減排成為了時(shí)代的強(qiáng)聲國(guó)家大政方針的確立，又為led應(yīng)用發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。科技部“十城萬(wàn)盞”路燈重大示范項(xiàng)目的實(shí)施，眾多省市熱情高漲的自主LED路燈項(xiàng)目，這如火如荼的燎原之勢(shì)，明示了LED無(wú)可置疑的節(jié)能效果和其應(yīng)用的強(qiáng)大生命力。但由于目前LED路燈尚缺少統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有某些強(qiáng)制性的性能指標(biāo)，在群雄四起的時(shí)代，LED路燈質(zhì)量的良莠不齊，在一些地方過(guò)早地使用，影響了社會(huì)和用戶對(duì)LED燈具的信心。固此，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)持續(xù)提高LED路燈的整體綜合質(zhì)量，依然是LED應(yīng)用業(yè)界的重中之重。

圖1 大功率LED路燈

　　一、 LED路燈的散熱

　　在大功率LED路燈的整體設(shè)計(jì)過(guò)程中快速有效地散熱是LED路燈重點(diǎn)解決的問(wèn)題，因?yàn)長(zhǎng)ED光源的光衰和壽命與工作溫度的高低有決定性關(guān)系。目前LED路燈主要采用熱管散熱和自然散熱2種方式。

　　1、熱管散熱

　　熱管廣泛用于CPU的散熱，效率高，但需配帶熱管和運(yùn)動(dòng)介質(zhì)。還需要配合燈具結(jié)構(gòu)作彎、壓加工，制作和安裝復(fù)雜，比較適合集成LED模組光源中使用，如50W、100W甚至更大功率的集成LED。由于在熱管中加有運(yùn)動(dòng)介質(zhì)，一旦介質(zhì)泄漏即會(huì)造成整個(gè)熱管系統(tǒng)失效，而導(dǎo)致LED結(jié)溫急劇上升。此外，不管由于某種原因造成LED路燈失效，修理也較復(fù)雜,需要熟練的專業(yè)技術(shù)人員方可。

　　2、自然散熱

　　自然散熱是目前LED路燈比較常見(jiàn)的散熱方式，具有制作簡(jiǎn)單，性能可靠，成本低廉的特點(diǎn)，但效率較低。如何提高散熱效率是應(yīng)用自然散熱方式的關(guān)鍵所在，我認(rèn)為首先要有良好的材質(zhì)和導(dǎo)熱界面，足夠的散熱面積和蓄熱能力，在必須滿足以上的幾個(gè)條件的基礎(chǔ)上，自然散熱方式的燈具設(shè)計(jì)的真諦在于突出一個(gè)“快”字，也就是如何提高冷熱空氣的快速流動(dòng)交換是關(guān)鍵，使路燈上的熱量通過(guò)冷熱空氣的迅速移位而散發(fā)出去，從而達(dá)到事半功倍的效果。一味盲目簡(jiǎn)單地增加熱容量和散熱面積，只會(huì)將LED路燈做得重量很重外形不美的產(chǎn)品，這是走進(jìn)了采用該種散熱方式的認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)的誤區(qū)。

　　此外，充分降低各節(jié)點(diǎn)之間的熱阻，以及高效驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和合理安裝也是非常重要的。

　　總之，大功率LED路燈的散熱是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和檢測(cè)三部曲，只有這樣才能做到正真的科學(xué)與合理。

圖2 自然散熱的熱成像曲線圖

　　我們制作的一款功率為140W的自然散熱式大功率LED路燈經(jīng)檢測(cè)在25℃常溫下，其LED結(jié)溫溫升為37℃，這樣的數(shù)值在國(guó)內(nèi)業(yè)界是不多見(jiàn)的，我們還在作進(jìn)一步的優(yōu)化,以得到更理想的結(jié)溫溫度。

圖3 大功率LED路燈結(jié)溫溫升曲線圖

　　目前LED熱阻大約在8℃/W左右，隨著電光轉(zhuǎn)換效率的不斷提高，LED熱阻也將會(huì)繼續(xù)下降，大大降低了采用自然散熱路燈的設(shè)計(jì)難度，LED綜合性能的不斷提高加上精心科學(xué)的設(shè)計(jì)，自然散熱方式才能真正體現(xiàn)出制造方便、價(jià)格低廉、性能可靠的優(yōu)勢(shì)，也必將是未來(lái)LED路燈散熱的主流方式。

　　 二、LED路燈的二次配光

　　LED的二次光學(xué)設(shè)計(jì)決定了LED路燈的配光及光輸出效率。是評(píng)判LED路燈整燈質(zhì)量最重要的組成部分之一。目前LED路燈所運(yùn)用的LED大致為單顆集成式和單顆陣列式二種，單顆集成式LED模組有30W、50W、100W甚至有200W的，現(xiàn)在廠家用的透鏡基本都是采用玻璃制作的，但玻璃加工難度大，批量制造一致性差，機(jī)床、模具和工人操作都會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生影響。另外也不適宜用PMMA塑料制造，因?yàn)榧蒐ED模組所用透鏡體形大，為了能夠達(dá)到配光的效果，內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的厚度會(huì)相差很懸殊，注塑成形后也會(huì)因收縮率不同而產(chǎn)生變形，因此難以達(dá)到準(zhǔn)確配光。

　　LED路燈矩形光斑的二次配光可以有幾種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們采用其中的一種非對(duì)稱自由曲面技術(shù)，透鏡呈半球型，不同于現(xiàn)在見(jiàn)得很多的長(zhǎng)條型透鏡，該透鏡具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

圖4 大功率LED路燈透鏡

　　我們的LED路燈采用單顆1W陣列式方案，二次配光直接由單個(gè)LED光學(xué)元件完成，路燈燈頭只要用矩形配光的模塊作一個(gè)陣列式安裝，即可達(dá)到理想的使用效果。

圖5 大功率LED路燈配光圖

　　整體LED路燈經(jīng)測(cè)試表明達(dá)到了比較好的配光效果，其均勻度為0.57。

　　
圖6 大功率LED路燈照度模擬圖

　　寄語(yǔ)：

　　我和我的技術(shù)團(tuán)隊(duì)在三年多的大功率LED路燈研發(fā)過(guò)程中取得了一些成績(jī)。共申請(qǐng)涉及大功率LED路燈專利20多件，其中國(guó)際專利1件。我深深領(lǐng)悟到大功率LED路燈的設(shè)計(jì)與制造，首先需要對(duì)于LED特性有一個(gè)深刻準(zhǔn)確的理解，并且這種理解還需要始終貫穿整個(gè)過(guò)程。某種程度可以這樣認(rèn)為：對(duì)于LED特性準(zhǔn)確的理解程度與所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品品質(zhì)成正比，理解的越“深”就越能掌控產(chǎn)品的品質(zhì)。此外，大功率LED路燈的研發(fā)是多學(xué)科技術(shù)的的合成。最簡(jiǎn)單的例子就是一個(gè)內(nèi)在質(zhì)量好的LED路燈，還需要美學(xué)的支撐，一個(gè)造型優(yōu)美的外型能讓你的產(chǎn)品錦上添花，因?yàn)闀r(shí)代和社會(huì)都需要美。