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光学设计、散热是LED路灯面临的主要技术问题

行业展会 2019-05-13 19 0
虽然大功率LED路灯研制发展的速度很快,但在使用中还不同程度的存在着瓦流明低、二次光效处理水平较低、系统光效较低、光衰快、寿数短、色温偏差、光色 不一、驱动器多故障等一系列问题。其中二次光学规划、散热规划和电源稳压器系统规划等主要技术问题,是提高发光功率和延伸寿数的关键。

要真实充分发挥半导体光源的利益,LED的二次光学系统规划对LED路灯的配光及光学输出功率至关重要。良好的路途照明要求LED路灯的配光为长方形的光 型,路灯发出的所有光刚刚能够覆盖住马路,而马路之外的光污染几乎为零。香港理工大学的蒋金波博士介绍过两种LED路灯的配光规划:第一种LED路灯选用 轴对称的全反射透镜或反光杯,LED透镜模组排列于一个弧面上以发生长方形的配光。全反射透镜的引入能够极大地提高光的利用功率,但是弧形的LED模组的 排列使高功率LED的散热规划和机械结构对比麻烦。第二种LED路灯则采取非对称的自在曲面透镜,能够将长方形的配光直接由单个LED光学元件完成。整体 灯头只需将具有长方形配光的LED模组简单的排列在一个平板上即可,这种LED路灯在机械结构、散热及电源控制方面对比简单,不同等级公路和不同灯杆高度 的路途照明只需要增加不同数量的LED模组即可。非对称自在曲面二次光学元件的选用能够使LED路灯的长方形配光直接在单个LED模组上实现。整体路灯只 需要将这些LED模组阵列按照相同方向排列即可,然后能够简化路灯机构、散热及控制电源的规划。

应开发出适合封装方式光源的配光器,愈加合理、充分的利用光源发出的光线,使得灯具的整灯出光功率提高。目前LED的辐射形式有朗伯型、侧射型、蝙蝠翼型、矩形、蝶翼和聚光型几种。通过二次光学规划,使得LED的光照范围、光度曲线契合路途照明的需要。

LED是嵌入照明器具中使用的,由于LED芯片的发热量大,在做成大功率灯具时的重要关键技术就是"散热"。虽说发光功率越来越高,但LED芯片的发热量 仍然很大。PN结结温每升高10度,半导体器材的寿数就减少1倍。LED芯片的高温度导致芯片本身及封装树脂性能的恶化,然后最终导致发光功率的降低和寿 数的缩短。

目前各生产单位都采取了不同的散热办法,多为选用整体式的、系统性的散热规划理念,使用高性能导热材料。如铝压铸、铝挤型齿状散热片、整体式齿状散热片、铝挤型材横列齿形散热器、热导管长鳍形、外部齿状结构片、自然对流通体散热等。还有选用超合金导热管(导热速度为纯铜的100倍)与高密度散热铝鳍片 结合。将芯片发生的热量迅速的由点源转为线源,使热量均匀分布至散热片。散热片向下,避免灰尘鸟粪堆积。芯片的封装、灯具散热等因素都可能造成光衰减。

价格仍然是LED路灯大规模使用的最大障碍

目前LED路灯的成本还远于高压钠灯,一款LED路灯价格在4000元--8000元,甚至更高,而一套进口品牌的高压钠灯(含灯具、成套电器光源)价格 不超过1500元。就现状而言,LED路灯显着太贵,价高达3-5倍之多。因此即使LED路灯的耗电量仅是高压钠灯的三分之一,但由于价格比高压钠灯高许 多,用LED路灯替代高压钠灯成本收回周期仍然会很长。

所以,LED路灯要在路途照明市场正式推广,价格及成本仍然是最大障碍。要使LED路灯下滑到与现有灯具的竞争价格,需要各LED路灯厂的成本下降。而近期只能是在LED技术不断成熟,发光功率不断提高的前提下,通过LED的寿数优势、节能优势来弥补灯具价格上的劣势。

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