LED路灯隧道灯在道路照明中的应用

　　一、前言

　　随着LED的光通量超过100lm/W，LED作为功能性照明逐渐被重视，很多国内外的厂商对LED灯具进行了研究。虽然LED道路照明灯具的有效光通量逐渐满足了道路照明要求，但是LED毕竟是一种新型的照明光源，还需要很多研究人员对其进行深入研究。

　　二、LED灯具的相关性能研究

　　本文主要对道路照明用LED灯的三个方面进行了阐述和研究：灯具散热、灯具配光和灯具的安全。

　　（一）灯具的散热

　　LED芯片几乎20%的能量转化为光，而80%的能量却以热的形式释放出来，而LED的电压，光通量，光效都会随着温度的升高而线性降低，如图1，图2和图3。

图 1  光通量随温度的变化曲线

图2  电压随温度的变化曲线

图3  光效随温度的变化曲线

　　另外灯具散热效果也将直接影响灯具的使用寿命，如图4所示。

图4  使用寿命与结温的关系

　　所以如何有效的散热对于发展LED道路照明的关键，主要涉及四个方面：传导（材料热传导系数，施加温度等）、对流（对流换热系数和环境流体温度，表面热流量），辐射（加快辐射的材料）、材料性能（热应力应变分析，热疲劳分析，热致结构失效分析等）。

　　对于传导：1、使用快速传热的材料如热管，铜，铝等；2、减小界面热阻；对于对流：1、增大与空气的接触面积；2、加大材料的热容；3、增加对流等。对于辐射：1、采用新型的辐射材料，可以使低于100度的散热器辐射效率升高。对于材料性能：主要考虑热应力应变分析，热疲劳分析，热致结构失效分析等。考虑到上述因素，可设计出较合理的灯具结构（双重散热结构），如图5所示。

图5  合理散热结构的灯具

　　上述灯具设计采用热管通过LED集成模块背面将LED模块的热量快速抽运到灯具两侧，有可上下通风的散热片对其散热；另外一部分热量可由LED模块背后的散热器进行散热。

　　（二）灯具配光

　　由于道路的差异，需要设计出具有不同配光曲线的灯具，并不是一种配光就可满足不同的需要，但是目前应用较多的，使用量较大的还是如图6所示蝙蝠翼式配光。

图6  LED路灯的配光效果

　　（三）灯具的安全性能

　　除了IP等级，EMI,EMC，耐压测试等常规安全性能外，还应该考虑实际应用中的不安全因素，本文主要介绍三种：

　　目前的LED道路灯具，为了很好散热，常常将LED散热器直接暴露于空气中，如图7所示。

图7  常见的LED路灯外形

　　对于暴露于空气中的散热结构，经常会遇到如沙尘，鸟粪，酸雨等状况。长时间使用过程中，尤其在我国西部，会有大量的沙尘不断的集结于灯壳上，虽然说大雨可以冲洗灯壳，但是实际应用中发现效果并不像我们想象的那样好。对于出口到国外的灯具，直接面临的大量鸟类在灯壳上休息，甚至安家等问题，对于鸟粪，几乎没有大雨能将其洗净，将直接影响灯具的散热，寿命和美观。另外目前灯具外壳为了美观有些公司采用喷漆或着色工艺，即影响散热，且在酸雨的侵蚀下，灯壳将出现锈迹斑斑的现象。在大量实际应用总结和不断改进、创新中，图8所示的灯具可有效避免上述问题。

图8  路灯的结构示意图

　　三、结论

　　LED灯具将逐渐进入实际应用，针对如此大的市场，质量将决定LED相关企业最终的市场份额。