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摆脱光与热技术障碍 LED路灯系统设计大跃进

导读: 简单来说,LED灯具就是要考虑热、光、电、机四大部分。现行市场上技术瓶颈最高的便是热与光,以下将就此两大技术部分进行讨论。

  因具备省电、节能以及环保的优势,LED灯源可望取代传统灯源成为新世代路灯主流,惟目前市场产品良莠不一,光、机、电、热等系统设计技术仍有待突破,其中,又以光、热的技术难度最高,所幸现今技术瓶颈已有重大突破,将有助于日后路灯市场规模的加速扩大。
 
  高油价、高电价时代,如何有效提高照明设备的效率已成为节能、减碳的重要工作。随着LED的发光效率与寿命提升,让原本只能做指示或辅助用途的LED灯逐渐拓展到一般照明,可达成提供夜间交通安全照明与维持夜间治安的路灯设施,提升整体市容,达到省电、节能以及环保的多功能性。 

  LED路灯质量参差不齐 

  LED路灯必须受到高、低气温差异以及日晒雨淋的天气考验,有些产品安装不到半年就故障。LED路灯良莠不齐,造成使用者信心不足,市场需求自然疲弱。有些专家认为,目前LED的发光效率与高压钠灯相较尚有差距,作为装饰照明和部分环境照明用无虞;但若作为道路照明用,目前只适合院(园)区通道或次干道;同时作为功能性为主的道路照明(主干道),尚有诸多技术问题有待克服,如散热、二次光分布、均匀度等,因此目前尚不宜做主干道照明。 

  光/机/电/热四大技术瓶颈待解 

  LED因为发光特性,输入电能约有80%以上转换成热能必须排出,且LED晶粒属半导体材料,因此不耐高温,且发光效率会随芯片温度上升而降低,散热变成LED路灯的首要考虑。其次,路灯应用须符合道路照明规范,依照区域与道路状况的不同,分别会根据照度、照度均匀度等有不同的规定,因此光学的设计成为LED路灯第二大挑战。其他如LED需要直流驱动,因此排列方式与电源供应器的选用都是技术重点,还有耐风压、耐雷击、耐震动等安全性考虑,都增加LED路灯设计困难性。 

  简单来说,LED灯具就是要考虑热、光、电、机四大部分。现行市场上技术瓶颈最高的便是热与光,以下将就此两大技术部分进行讨论。 

  借散热机构/被动散热/组件解决散热问题 

  LED芯片可承受的最高温约为125~150℃。在LED路灯应用上,环境温度可达35℃以上,甚至高温区域40℃以上,若不能有效散热(控制结点温度),LED的寿命将快速递减。根据Cree的数据显示(图1),若可将发光芯片结点温度控制于65℃,LED的整体寿命将可达10万小时(以光衰30%计算)。

 
数据源:Cree
图1 LED寿命图

  LED灯从芯片开始发热,至散热装置把热散掉,整个热传示意图如图2。前段从LED芯片到LED底座与LED封装设计有关,所以选择耐温的芯片、荧光粉、封装材质以及热阻低的封装设计便是首要要件,目前热阻一般均可达10K/W以下,较好的技术已经有达到5K/W的水平。而后段LED底座到空气端则与散热机构有关。

 
图2 LED简易热传示意图

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