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    光學設計、散熱是LED路燈面臨的主要技術問題

    更新時間:2014-08-21 15:05:36  點擊熱度:2582
    雖然大功率LED路燈研制發展的速度很快,但在使用中還不同程度的存在著瓦流明低、二次光效處理水平較低、系統光效較低、光衰快、壽數短、色溫偏差、光色 不一、驅動器多故障等一系列問題。其中二次光學規劃、散熱規劃和電源穩壓器系統規劃等主要技術問題,是提高發光功率和延伸壽數的關鍵。

    要真實充分發揮半導體光源的利益,LED的二次光學系統規劃對LED路燈的配光及光學輸出功率至關重要。良好的路途照明要求LED路燈的配光為長方形的光 型,路燈發出的所有光剛剛能夠覆蓋住馬路,而馬路之外的光污染幾乎為零。香港理工大學的蔣金波博士介紹過兩種LED路燈的配光規劃:第一種LED路燈選用 軸對稱的全反射透鏡或反光杯,LED透鏡模組排列于一個弧面上以發生長方形的配光。全反射透鏡的引入能夠極大地提高光的利用功率,但是弧形的LED模組的 排列使高功率LED的散熱規劃和機械結構對比麻煩。第二種LED路燈則采取非對稱的自在曲面透鏡,能夠將長方形的配光直接由單個LED光學元件完成。整體 燈頭只需將具有長方形配光的LED模組簡單的排列在一個平板上即可,這種LED路燈在機械結構、散熱及電源控制方面對比簡單,不同等級公路和不同燈桿高度 的路途照明只需要增加不同數量的LED模組即可。非對稱自在曲面二次光學元件的選用能夠使LED路燈的長方形配光直接在單個LED模組上實現。整體路燈只 需要將這些LED模組陣列按照相同方向排列即可,然后能夠簡化路燈機構、散熱及控制電源的規劃。

    應開發出適合封裝方式光源的配光器,愈加合理、充分的利用光源發出的光線,使得燈具的整燈出光功率提高。目前LED的輻射形式有朗伯型、側射型、蝙蝠翼型、矩形、蝶翼和聚光型幾種。通過二次光學規劃,使得LED的光照范圍、光度曲線契合路途照明的需要。

    LED是嵌入照明器具中使用的,由于LED芯片的發熱量大,在做成大功率燈具時的重要關鍵技術就是"散熱"。雖說發光功率越來越高,但LED芯片的發熱量 仍然很大。PN結結溫每升高10度,半導體器材的壽數就減少1倍。LED芯片的高溫度導致芯片本身及封裝樹脂性能的惡化,然后最終導致發光功率的降低和壽 數的縮短。

    目前各生產單位都采取了不同的散熱辦法,多為選用整體式的、系統性的散熱規劃理念,使用高性能導熱材料。如鋁壓鑄、鋁擠型齒狀散熱片、整體式齒狀散熱片、鋁擠型材橫列齒形散熱器、熱導管長鰭形、外部齒狀結構片、自然對流通體散熱等。還有選用超合金導熱管(導熱速度為純銅的100倍)與高密度散熱鋁鰭片 結合。將芯片發生的熱量迅速的由點源轉為線源,使熱量均勻分布至散熱片。散熱片向下,避免灰塵鳥糞堆積。芯片的封裝、燈具散熱等因素都可能造成光衰減。

    價格仍然是LED路燈大規模使用的最大障礙

    目前LED路燈的成本還遠于高壓鈉燈,一款LED路燈價格在4000元--8000元,甚至更高,而一套進口品牌的高壓鈉燈(含燈具、成套電器光源)價格 不超過1500元。就現狀而言,LED路燈顯著太貴,價高達3-5倍之多。因此即使LED路燈的耗電量僅是高壓鈉燈的三分之一,但由于價格比高壓鈉燈高許 多,用LED路燈替代高壓鈉燈成本收回周期仍然會很長。

    所以,LED路燈要在路途照明市場正式推廣,價格及成本仍然是最大障礙。要使LED路燈下滑到與現有燈具的競爭價格,需要各LED路燈廠的成本下降。而近期只能是在LED技術不斷成熟,發光功率不斷提高的前提下,通過LED的壽數優勢、節能優勢來彌補燈具價格上的劣勢。

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