LED隧道燈在隧道照明工程中重點技術(shù)指標(biāo)的分析

　　隧道應(yīng)用新型光源的節(jié)能研究受到了業(yè)界關(guān)注，其中LED隧道燈的節(jié)能研究已經(jīng)有重大進展。因為根據(jù)明視覺與中間視覺理論、顯色性與照度關(guān)系等科研成果，LED應(yīng)用于隧道照明具有先天優(yōu)勢，所以在國內(nèi)已經(jīng)有多項重要隧道照明工程使用了LED隧道燈。LED隧道燈具在隧道照明工程中的應(yīng)用已經(jīng)取得突破性進展，但是仍然存在問題，例如沒有專門針對以LED為光源的隧道燈具的設(shè)計與施工規(guī)范、產(chǎn)品性能參差不齊等。

　　本文將對LED隧道照明工程中需要注意的重點技術(shù)指標(biāo)做分析，期望能為設(shè)計單位以及用戶提供參考。

　　光學(xué)部分（1級）

　　LED光效（2級）

　　LED單瓦流明輸出是決定LED隧道燈是否具有實用價值的基本指標(biāo)，根據(jù)LED隧道燈的實際使用中的要求，LED隧道燈所用LED的單瓦流明數(shù)應(yīng)達到90流明。在經(jīng)過 2006年、2007年LED的發(fā)光效率的高速發(fā)展后，CREE、Lumileds、以及香港真明麗等著名品牌都相繼推出了最新的LED型號。表1提供了代表目前最前沿的幾大廠商的最新款已量產(chǎn)大功率白光LED的參數(shù)。根據(jù)對表1的分析，影響LED隧道燈推廣的最基本指標(biāo)——LED光效已經(jīng)不是問題。

表1（1W大功率白光LED在350mA驅(qū)動電流下的技術(shù)參數(shù)）

　　二次配光分布（2級）

　?。?）配光分布型式

　　目前常見的配光分布型式有聚光型配光、側(cè)射型配光、朗伯型配光。不同的應(yīng)用場合適用不同的配光形式，例如：道路照明宜選用蝙蝠翼型配光、射燈宜選用聚光型配光。由于隧道照明的特殊性，隧道照明中燈具的排布密度非常高，所以在隧道照明中對燈具的二次配光形式不同于一般的道路照明。在隧道照明中蝙蝠翼型配光、朗伯型配光都可以滿足照度均勻度的要求，這主要是由于隧道照明中燈距比較小，例如國內(nèi)一隧道照明工程的中間段燈距也只有5米,.

　　圖1給出了兩款LED隧道燈的C0方向配光圖。香港真明麗75隧道燈采用的是目前比較道路照明以及隧道照明中比較常用的蝙蝠翼型配光，而國內(nèi)某LED隧道燈為朗伯型配光。

香港真明麗75隧道燈國內(nèi)某LED隧道燈照明圖1

　?。?）配光設(shè)計的特殊性照

　　雖然說隧道照明中對配光分布形式的要求相對寬松，但是必須有配光設(shè)計。由于配光設(shè)計是建立在光源的一次配光分布的基礎(chǔ)上的，所以不同的光源種類有不同的分布，相應(yīng)地配光設(shè)計也會改變。所以雖然有專業(yè)做反光杯、透鏡設(shè)計和生產(chǎn)的廠家，但是他們提供的產(chǎn)品只是以某一種LED光源為設(shè)計依據(jù)，當(dāng)然也只能是適合于某一種 LED光源。而且現(xiàn)在LED光源的種類在迅速地增加，在LED更新?lián)Q代的同時也必然要求反光杯、透鏡做更新?lián)Q代。所以，二次配光設(shè)計必須由隧道燈廠家自己完成。但是，目前能夠獨立地開展配光設(shè)計的廠家還不是很多。

　?。?）配光面型的選擇

　　一般較常用的面型有：球面、橢球面、雙曲面、拋物面、自由曲面，其中以自由曲面應(yīng)用最廣泛、適用范圍最廣。另外在配光中也有使用平面的，不過平面通常只起過渡性作用——擴展光源，而不能起到真正的配光作用。例如，國內(nèi)某LED隧道燈的配光就是選擇平面作為配光面型，所以最終的配光分布其實就是LED的配光分布，在這款LED隧道燈中并不存在嚴(yán)格意義上的二次配光。

　　照明效果的預(yù)判（2級）

　　為了對燈具在隧道照明中的照明效果和安裝方式有一個預(yù)判，通常我們有必要根據(jù)施工現(xiàn)場的基本參數(shù)、燈具的光電測試數(shù)據(jù)(例如，IES格式的文件)先在專用照明軟件中做模擬分析，評估燈具照明效果、確定安裝的最佳參數(shù)。表2是兩款LED隧道燈在某隧道照明工程中的模擬結(jié)果。

　　如果說模擬分析的結(jié)果不理想，那么就有必要修改配光設(shè)計、或者調(diào)整燈具功率。目前香港真明麗已經(jīng)具備了完成從配光設(shè)計、光學(xué)級模具制作、光電測試分析到工程效果設(shè)計與分析全過程的能力。

　　電氣部分（1級）功率因數(shù)（2級）

　　在節(jié)能與環(huán)保的要求下，世界各地正在公布電源工作效率的新標(biāo)準(zhǔn)。例如，專門針對功率因數(shù)校正（PFC）或降低諧波電流的強制標(biāo)準(zhǔn)要求IEC1000-3-2的出現(xiàn)。

　　目前功率因數(shù)校正主要有兩大類：有源功率因數(shù)校正、無源功率因數(shù)校正。

　　有源功率因數(shù)校正精度高，性能穩(wěn)定，PFC值最高可以做到0.99；無源功率因數(shù)校正電路簡單、成本低。但是無源PFC缺點也很明顯：由于很多燈具都有尺寸限制，所以巨大的電感限制了實用性；為了能在全球通用，需要一個線路電壓范圍開關(guān)。增加該開關(guān)會增加因操作失誤帶來的風(fēng)險；未穩(wěn)壓的電壓軌提高了 PFC段后直流-直流轉(zhuǎn)換器的成本，并降低效率。隧道照明一般都需要大量的燈具，電力消耗巨大。所以，必須考慮功率因數(shù)校正。

　　諧波（2級）

　　諧波作為一種干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。我國已于1993年頒布了限制電力系統(tǒng)諧波的國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》，規(guī)定了公用電網(wǎng)諧波電壓限值和用戶向公用電網(wǎng)注入諧波電流的允許值。諧波增加電氣設(shè)備的熱損耗，干擾其功能甚至引發(fā)故障，而且諧波可對信息系統(tǒng)產(chǎn)生頻率藕合干擾。正因為諧波的危害性，在隧道照明中同樣要考慮對諧波的抑制。

　　但是，目前國內(nèi)LED隧道燈市場上對功率因數(shù)、諧波等電氣參數(shù)的控制還存在良莠不齊的問題。表3給出了兩款LED隧道燈的部分電氣參數(shù)。從表中數(shù)據(jù)看出，香港真明麗75LED隧道燈的諧波含量符合要求，而國內(nèi)某LED 隧道燈的諧波含量則不符合要求。

　　電磁干擾電磁兼容（2級）

　　一個好的電子產(chǎn)品，既要保證能在其它設(shè)備的電磁干擾下還能正常工作、又要保證在工作時不對其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾——這也就是我們通常要求的電磁兼容。電磁兼容的設(shè)計水平對產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)性能指標(biāo)起到非常關(guān)鍵的作用。電磁干擾一般分為兩類：傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡(luò)。
目前國內(nèi)LED隧道燈在電磁干擾、電磁兼容設(shè)計這一塊還沒有完全成熟，并且不同廠家產(chǎn)品性能參差不齊。

　　控制系統(tǒng)（2級）

　　在隧道照明中通常要求基于洞外亮度、洞內(nèi)交通量和行車速度等因素對燈具亮度和洞內(nèi)亮度進行無級調(diào)控。所以，LED隧道照明燈具的驅(qū)動電源應(yīng)可以接受調(diào)光控制信號，并能夠調(diào)整輸出電流以調(diào)整LED光通量。另外，由于隧道照明中燈具使用數(shù)量巨大。所以，必須建立燈具的故障檢測機制。照

　　香港真明麗的LED隧道燈具已經(jīng)具備256級調(diào)光控制、LED異常檢測、電源輸出電壓異常檢測等能力。

　　散熱（1級）

　　LED是個光電器件，以目前處于世界前沿的香港真明麗NP7F12TW-C1Z1系列大功率LED來說，其工作過程中也只有小部分的電能轉(zhuǎn)換成光能，其余大部分的電能轉(zhuǎn)換成熱能，使LED的溫度升高。另一方面，LED的流明輸出隨著LED結(jié)溫的升高而降低，而LED壽命隨著結(jié)溫升高而縮短。所以，LED的散熱處理得好不好將直接關(guān)系到隧道燈具的使用效果和壽命。

　　目前大功率LED的散熱主要有幾種形式：自然散熱、加裝風(fēng)扇強制散熱及熱管技術(shù)。自然散熱利用自然對流和熱輻射，加裝風(fēng)扇強制散熱主要利用強制對流實現(xiàn)散熱，熱管散熱當(dāng)然主要利用熱管作為散熱器件。自然散熱散熱成本最低，結(jié)構(gòu)可靠、易于做防水，但是對燈體本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求高；加裝風(fēng)扇強制散熱散熱快，但是成本高、噪音高、難做防水、壽命短；熱管散熱無運動部件，系統(tǒng)穩(wěn)定，但是成本高，也不美觀。

　　所以幾種散熱方式應(yīng)優(yōu)先選擇自然散熱方式，在自然散熱難以解決問題的時候我們才會考慮其它的散熱途徑。以香港真明麗75隧道燈為例，這款隧道燈就是采用自然散熱的方式。表4為兩款燈具的散熱測試結(jié)果。

表4LED隧道燈具散熱測試

　　結(jié)束語（1級）

　　目前的LED隧道燈在工程實際中的技術(shù)要求，主要是參照以高壓鈉燈為光源的隧道燈具相關(guān)規(guī)范，還暫時沒有建立以LED為光源的隧道燈具相關(guān)規(guī)范。隨著大功率LED技術(shù)的成熟，包括LED隧道照明在內(nèi)的各類 LED燈具的相關(guān)規(guī)范需盡快編寫。

　　當(dāng)前國內(nèi)的LED隧道燈具的研制已經(jīng)取得了長足的進步，但是仍然沒有完全成熟。在配光設(shè)計、電磁干擾電磁兼容、燈具效率等方面還有改進的空間。需要廣大研發(fā)人員的不懈努力。