LED路燈設計目前面臨的技術難點

　　輸出功率及光通量提高還需要從大功率白光LED的外延技術、芯片工藝等基礎層次進一步提升。在二次光學設計方面，LED的輻射形式有朗伯型、側射型、蝙蝠翼型和聚光型幾種。在道路照明領域，根據設計經驗朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過二次光學設計，使得LED的光照范圍、光度曲線符合道路照明的需求。

　　目前LED在道路燈具中使用的最普遍形式主要是在燈具內，在一個幾乎是平板的安裝面（也是反光面）上，裝上了矩陣式的LED，這種設計方式是不可能得到良好的燈具配光的。

　　目前照明用LED的最大特點是具有定向發(fā)射光的功能，因為目前功率型LED幾乎都裝有反射器，并且這種反射器的效率都明顯高于燈具的反射器效率。另外，LED的光效檢測時已經包括了自身反射器的效率。采用LED的道路燈具應盡可能地利用LED的定向發(fā)射光的特性，使道路燈具中的各個LED分別直接把光線射向被照路面的各個區(qū)域，再利用燈具反射器的輔助配光，來實現(xiàn)很合理的道路燈具的綜合配光。

　　應該說，道路燈具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115標準的照度和照度均勻度要求，燈具內應包含三次配光的功能才能比較好地實現(xiàn)。，而帶反射器的并且具有合理的光束輸出角度的LED本身就具有良好的一次配光功能。在燈具內，能按照路燈具高度及路面寬度設計各個LED的安裝位置和發(fā)射光的方向就能實現(xiàn)良好的二次配光功能。在此類燈具中的反射器，只作為輔助的三次配光手段，來保證道路照度更好的均勻度。

　　在實際的道路照明燈具的設計中，可采用在基本設定每一個LED設射方向的前提下，把每一個LED用球形萬向節(jié)固定在燈具上，當燈具使用于不同的高度和照射寬度時，可通過調整球形萬向節(jié)使每一個LED的照射方向都達到滿意的結果。在確定每一個LED的功率、光束輸出角度時，可根據E（lx）=I(cd)/D(m)2(光強和照度距離平方反比定律)，分別計算出各LED在基本選定光束輸出角度時應該具備的功率，并且可以通過調整各LED的功率以及LED驅動電路輸出給每一個LED不同的功率來使每一個LED的光輸出都達到預計值。這些調整手段都是采用LED光源的道路燈具所特有的，充分利用這些特點就能實現(xiàn)在滿足道路路面的照度和照度均勻度的前提下降低照明功率密度,達到節(jié)能的目的。

　　2、LED路燈的散熱

　　LED路燈的散熱是需要重點解決的問題之一，不僅直接關系到LED實際工作時的發(fā)光效率，而且由于LED路燈亮度要求高、發(fā)熱量大，并且戶外這種使用環(huán)境比較苛刻，如果散熱不好會直接導致LED快速老化，穩(wěn)定性降低。因為在戶外使用的道路燈具，應具有一定等級的防塵防水功能（IP），良好的IP防護往往會妨礙LED的散熱。解決這個相互矛盾但又都得解決的兩個問題是道路燈具設計時應關注的一個重要方面。在這一方面也是國內把LED應用于道路燈具中時出現(xiàn)不合格及不合理的情況最多的。國內目前使用中出現(xiàn)的不合格及不合理的情況基本有：

　?。?）對LED采用了散熱器，但LED連線的接線端子及散熱器的設計無法達到IP45及以上等級，無法滿足GB7000.5/IEC6598-2-3 標準的要求。

　?。?）采用普通的道路燈具外殼,在燈具出光面內用矩陣式LED,這種設計雖說能滿足IP試驗，但是由于燈具內的不通風會造成在工作時，燈具內腔的溫度會升高到50℃~80℃，在如此高的工況下，LED的發(fā)光效率是不可能高的，同時LED的使用壽命也將大打折扣計，實際上存在明顯的不合理情況。

　?。?）在燈具內采用了儀表風扇對LED及散熱器進行散熱，其進風口設計在燈具的下方，以避免雨水的進入，出風口設計在下射LED光源的四周。這樣也能有效避免雨水的進入，另外散熱器和LED（光源腔）不處于同一空腔內，這種設計如做的好，按燈具的IP試驗要求，能順利通過。這一方案，不僅解決了LED的散熱問題，而且同時滿足了IP等級的要求。

　　但是這種看似良好的設計，實際上存在明顯的不合理情況。因為在我國絕大多數(shù)道路燈具的使用場合，空中的飛塵量是較大的，有時會達到很大（例如起沙塵暴），這類燈具在一般條件下使用一段時間后（約三個月至半年），其內部散熱器的縫隙內就會塞滿灰塵，使散熱器效果大打折扣，最后還會使LED因工作溫度過高而使用壽命明顯縮短。這一方案的不足是在于不能持久良好地使用。

　　要兼顧道路燈具中LED的散熱及IP防護，較合理的設計指導思想是

　　a、在關鍵的散熱位置，采用導熱板。導熱板是在金屬板的內部，均布有供冷媒流動的細導管，并在細導管內充有冷媒，當導熱板的某一部位受熱時，細導管內的冷媒會快速流動而使熱量迅速地傳導。好的導熱板的熱傳導系數(shù)可以達到同厚度銅材板的8~12倍，雖說價格較高，但如在關鍵部位使用，對LED的散熱將起到事半功倍的作用。

　　b、把燈具的外殼設計成散熱器狀。目前大部分的道路燈具外殼是鋁材的，直接利用燈具外殼外面作為散熱器既可以保證IP防護等級的要求，也可以得到很大的散熱面積，另外，燈具外殼組成的散熱器在有落塵時，可以通過自然的風雨而沖洗，從而可保證散熱器工作的持續(xù)有效性。

　　3、LED路燈的電源系統(tǒng)

　　LED路燈的電源系統(tǒng)也與傳統(tǒng)光源不同，LED所特需的恒流驅動電源，是保證其正常工作的一大基石，簡單開關電源的方案常會帶來LED器件的損傷。如何使緊密壓縮在一起的一組LED安全、可靠地工作也是考察LED路燈的一個指標。

　　LED對驅動電路的要求是能保證恒流輸出的特性，因為LED正向工作時結電壓相對變化區(qū)域很小，所以保證了LED驅動電流的恒定也就基本保證了LED輸出功率的恒定。對于我國電源電壓供應不穩(wěn)定的現(xiàn)狀，道路燈具LED的驅動電路具有恒流輸出特性是十分必要的，可保證光輸出恒定并且防止LED的超功率運行。

　　要想使LED驅動電路呈現(xiàn)恒流特性，從驅動電路的輸出端向內看，其輸出內阻抗一定是高的。工作時，負載電流也同樣通過這一輸出內阻抗，如果驅動電路由降壓、整流濾波后加直流恒流源電路或通用的開關電源加電阻電路組成，在其上必定也消耗很大的有功功率，所以此兩類驅動電路在基本滿足恒流輸出的前提下，效率是不可能高的。正確的設計方案是采用有源電子開關電路或采用高頻電流來驅動LED，采用上述兩種方案可以使驅動電路在保持良好的恒流輸出特性的前提下，仍具有很高的轉換效率。

　　目前我國的道路燈具，基本都采用HID光源加配觸發(fā)器和電感鎮(zhèn)流器的模式，這一模式雖說存在能效較低及頻閃的問題，但其可靠性是很高的。而采用電子驅動電路的LED燈具，在野外照明場合使用時，威脅其可靠性的一個重要方面是雷電感應問題。

　　眾所周知，空中的閃電發(fā)射的是一廣譜的無線電波，而架空的道路燈具供電線路，是良好的接受無線。兩根電源線接收的同一閃電發(fā)出的無線電波，對驅動電路來講是屬于共模干擾信號，這種共模干擾對地可達數(shù)佰伏到數(shù)千伏，很容易擊穿驅動電路內的EMC接地電容或較小的對地（對外殼）的電氣間隙，造成驅動電路的損壞。