摘要：近年來，我國的路燈建設(shè)取得了飛速的發(fā)展，道路照明質(zhì)量不斷提高，高強(qiáng)度氣體放電燈被廣泛使用，對(duì)現(xiàn)代化城市的建設(shè)起了很大作用，但是隨之而來的是能耗的大幅度提高，特別是近年來能源價(jià)格大幅度提升，使電力耗費(fèi)成為負(fù)擔(dān)。在全球都在提倡綠色照明的時(shí)代，路燈的節(jié)能必然成為一種趨勢(shì)。
　　關(guān)鍵詞：LED路燈，照明，節(jié)能設(shè)計(jì)
　　
　　1LED技術(shù)概述
　　LED(LightEmittingDiode,發(fā)光二極管)是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED光源具有高節(jié)能、利環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小、多變幻適用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、響應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn),可以廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。雖然價(jià)格較現(xiàn)有照明器材昂貴,仍被認(rèn)為它是其理想的替代品。
　　在節(jié)能方面,LED具有直流驅(qū)動(dòng),超低功耗(單管<0.1W)等特點(diǎn),相比傳統(tǒng)光源,LED光源接近點(diǎn)光源,單相發(fā)光,好配光,光效利用率高。就平均照度來講,一盞50W的LED燈亮度可與100W的高壓鈉燈相當(dāng),如果就點(diǎn)照度來講,那要更高。相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能50%以上(以實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品為例)。
　　LED光源為固體冷光源,環(huán)氧樹脂封裝,燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分,不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積等缺點(diǎn)。當(dāng)光通量衰減到70%時(shí),其壽命達(dá)到了50000h,高壓鈉燈的壽命是10000~20000h。而它的環(huán)保效益更佳,發(fā)光顏色純正,不含有紫外和紅外的輻射,而且不含汞元素,沒有污染,廢棄物可方便回收。冷光源,可以安全觸摸,屬于典型的綠色照明光源。
　　2路燈節(jié)能控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　考慮到造價(jià)、監(jiān)測(cè)范圍、控制點(diǎn)設(shè)置、擴(kuò)容方便等要求，具體的方案如下:整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控終端、集中控制器、路燈控制器和路燈組成。本系統(tǒng)的上位機(jī)即監(jiān)控終端放在城市路燈管理部門,以單個(gè)配電變壓器為范圍安裝集中控制器,在每盞路燈上安裝路燈控制器方便實(shí)現(xiàn)單燈控制。在主控制室與集中控制器之間采用GPRS通信,GPRS通信方式容易實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸、長(zhǎng)時(shí)間在線,并且可獲得按流量收費(fèi)的低資費(fèi)方式,硬件投資少,對(duì)地域要求相對(duì)也較低。在集中控制器與路燈控制器之間則采用電力線載波通信技術(shù),采用電力載波技術(shù)的最大的好處就是不需要再鋪設(shè)通信電纜就可容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)每盞燈的檢測(cè),減少了通道建設(shè)的費(fèi)用。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
　　
　　
　　
　　3下面討論設(shè)計(jì)LED路燈的主要問題：
　　
　　3.1光學(xué)設(shè)計(jì)
　　
　　LED的光學(xué)元件設(shè)計(jì)對(duì)LED路燈的配光及光學(xué)輸出效率至關(guān)重要。良好的道路照明要求LED路燈的配光為長(zhǎng)方形的光型，路燈發(fā)出的所有光剛剛可以覆蓋住馬路，而馬路之外的光污染幾乎為零。非對(duì)稱自由曲面二次光學(xué)元件的采用可以使LED路燈的長(zhǎng)方形配光直接在單個(gè)LED模組上實(shí)現(xiàn)。整體路燈只需要將這些LED模組陣列按照相同方向排列即可，從而可以簡(jiǎn)化路燈機(jī)構(gòu)、散熱及控制電源的設(shè)計(jì)。如果燈具的配光系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，照明效果就不理想。測(cè)試中“燈下亮”、“燈下黑”、“斑馬線”、“照度不均勻”等問題的出現(xiàn)均應(yīng)考慮配光設(shè)計(jì)的合理性。LED的光學(xué)設(shè)計(jì)決定了LED路燈的配光及光輸出效率，也是評(píng)判LED路燈整燈質(zhì)量最重要的組成部分之一。
　　
　　在二次光學(xué)設(shè)計(jì)方面，LED的輻射形式有朗伯型、蝙蝠翼型、側(cè)射型和聚光型幾種。在道路照明領(lǐng)域，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過二次光學(xué)設(shè)計(jì)，使得LED的光照范圍、光度曲線符合道路照明的需求。LED在道路燈具中使用的最普遍形式主要是在燈具內(nèi)的一個(gè)幾乎是平板的反光面上，裝上了矩陣式的LED，這種設(shè)計(jì)方式可能得不到良好的燈具配光。目前，大功率LED的發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到90lm/w，但是單顆LED不能滿足道路照明的需求，因此需要多顆LED拼裝成一盞實(shí)用的路燈。如果每一個(gè)LED都可以在整個(gè)矩形照明區(qū)域內(nèi)形成均勻的照度分布，那就可以根據(jù)實(shí)際路面的照明要求及燈桿的高度，簡(jiǎn)單地改變LED的數(shù)量，而不用改動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，就會(huì)具有使用靈活性。弧形立體結(jié)構(gòu)的燈具，照度均勻度明顯高于純平板式的均勻度;具備透鏡的二次光學(xué)設(shè)計(jì)，均勻度一般明顯優(yōu)于無透鏡的燈具。
　　
　　總之，LED路燈的光學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)突破傳統(tǒng)路燈的設(shè)計(jì)思路限制與模式，應(yīng)充分發(fā)揮LED自身的光學(xué)特性，符合道路照明環(huán)境的需求和條件，光學(xué)設(shè)計(jì)是否合理，要看其在使用的特定環(huán)境中是否適用，更應(yīng)滿足道路照明有關(guān)規(guī)范要求。
　　
　　3.2驅(qū)動(dòng)電源的選用
　　
　　我們選用的AP一28320發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器是制作一體化半導(dǎo)體燈的專用電源變換器，用于安裝在半導(dǎo)體燈內(nèi)部，串聯(lián)驅(qū)動(dòng)1串10～40支1瓦大功率發(fā)光二極管工作，220V交流市電供電，輸出320rrLA穩(wěn)定的單向脈動(dòng)恒定電流。驅(qū)動(dòng)器使用高頻脈寬調(diào)制開關(guān)變換電路實(shí)現(xiàn)恒流控制，變換效率高，可達(dá)85%以上，工作穩(wěn)定。驅(qū)動(dòng)器為全密閉模塊封裝結(jié)構(gòu)，適合在高濕度，高粉塵，強(qiáng)震動(dòng)，對(duì)防爆有一定要求等環(huán)境下使用，非常適合室內(nèi)使用，經(jīng)過軟件升級(jí)也可用于建筑物公共區(qū)間照明使用。
　　
　　3.3LED燈的連接方式
　　目前成熟應(yīng)用的都是單粒1W的LED，很顯然，做這樣一個(gè)半導(dǎo)體燈要用50只發(fā)光管。50只LED全部串聯(lián)，或者并聯(lián)都存在一些問題。
　　
　　如果全部串聯(lián)連接，如果有一粒LED開路損壞，則整燈不亮，而且50支LED全部串聯(lián)，其驅(qū)動(dòng)電壓至少要150V，安全性減低。如果全部并聯(lián)連接，有一路開或短路，則1電流不均衡，影響燈具使用壽命。
　　
　　從驅(qū)動(dòng)技術(shù)和發(fā)光管的特性來看，多只發(fā)光管組應(yīng)該優(yōu)先使用串聯(lián)方案。這樣，只要驅(qū)動(dòng)器給的電流合適，所有發(fā)光管的電流都是一樣的。發(fā)光管串聯(lián)使用大家常常擔(dān)心一個(gè)問題，就是一個(gè)發(fā)光管開路整串都不亮了。我們對(duì)樣燈打過高壓，也作了突波實(shí)驗(yàn)。從應(yīng)用實(shí)踐上看，只要驅(qū)動(dòng)不失控，給發(fā)光管的電流合適，發(fā)光管很少見到開路的情況，即使發(fā)光管本身質(zhì)量不好出故障，一般就是自己不亮，但還是保持通路，其他管照樣亮。而且發(fā)光管都有很強(qiáng)的過電流的能力，比如300mA的1瓦發(fā)光管短時(shí)間加600n1A的電流也不會(huì)壞。所以，使用發(fā)光管時(shí)應(yīng)以串聯(lián)為主，這樣發(fā)光管才有穩(wěn)定、一致的電流，對(duì)提高燈的壽命有利。由于管數(shù)太多，全部串聯(lián)其驅(qū)動(dòng)電壓太高，不得不連串帶并，所以混聯(lián)。專用的LED驅(qū)動(dòng)器一般是電流源，既然LED驅(qū)動(dòng)器提供的是一個(gè)恒定的電流，多串并聯(lián)時(shí)就必須輔以外部均流措施，均衡地把驅(qū)動(dòng)器提供的總電流分配給每一串，最簡(jiǎn)單的辦法就是每一串里串一個(gè)電阻均流。多串并聯(lián)時(shí)首先是要使各串發(fā)光管的總管壓降盡可能地保持一致，然后再串入電阻牽制電流的偏移。電組上的壓降太大功耗增加，壓降太小均流效果不好，一般可以取串連管總管壓降的5%左右。
　　
　　3.4散熱方式
　　解決散熱問題主要靠合理的燈體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。解決方案是使用薄金屬板做基板，LED可以按照使用的發(fā)光管的數(shù)目在鋁板上打好孔徑和發(fā)光管外徑相同的孔，兩個(gè)孔間距離為0.7mm，再將發(fā)光管緊配合鑲嵌到金屬扳上，發(fā)光管引腳在金屬板后面相連。燈的外殼也用金屬材料制作，裝好發(fā)光管的金屬板和金屬外殼緊密裝配，這樣，燈具工作時(shí)產(chǎn)生的熱量可以通過金屬板傳導(dǎo)到金屬外殼上，金屬外殼暴露在空氣中，熱量可以通過輻射和對(duì)流散去。為了既減小燈的體積又保證較大散熱面積，燈體外殼可以采用帶肋條的散熱片結(jié)構(gòu)。
　　
　　4結(jié)語
　　LED作為一種節(jié)能環(huán)保的綠色照明光源,將會(huì)在今后的道路照明發(fā)展中起著越來越重要的作用,本文結(jié)合LED自身特性,設(shè)計(jì)的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng),節(jié)能、高效、人性化。
　　
　　參考文獻(xiàn)
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