該款路燈的熱傳導(dǎo)和散熱效果均佳，能將LED所產(chǎn)生的熱量迅速的傳導(dǎo)到散熱器上，再由裸露在空氣中的散熱鰭片散發(fā)到空氣中，由流動(dòng)的空氣帶走熱量，但是由于整個(gè)燈具是由多個(gè)部分連接組合而成，產(chǎn)品一致性差，在防滲水安全上僅靠防水膠是極不可靠的，所以在防護(hù)等級(jí)上達(dá)不到（GB7000.1-2002;GB7000.5-2005）的要求。更主要的是所有的LED均安裝在一個(gè)平板上，無法對(duì)燈具進(jìn)行合理的配光，在實(shí)際使用中該款路燈的照明半徑無法滿足路燈的照明范圍，而且外觀呆板，故本方案不成熟不宜采用。見下圖：

　　b.傳統(tǒng)燈殼改制的LED路燈存在的問題：利用傳統(tǒng)路燈燈頭改制的LED路燈，雖然采用了鋁型材做散熱器，將整個(gè)光源和驅(qū)動(dòng)電路裝入鋁合金燈殼中，雖然解決了燈具的防護(hù)等級(jí)問題，但是整個(gè)光源是在密閉的燈殼中，燈具工作中所產(chǎn)生的熱量無法散發(fā)到空氣中帶走，導(dǎo)致LED模塊和驅(qū)動(dòng)電路在極惡劣的環(huán)境中工作，工作溫度急劇升高，LED隨著溫度的升高而出現(xiàn)死燈和光衰，驅(qū)動(dòng)器也因溫度超過而燒毀，大大降低了燈具的可靠性和使用壽命。故此方案是不成熟的。要做好LED路燈簡(jiǎn)單的用傳統(tǒng)燈頭裝入LED光源是行不通的。見下圖：

　　以上兩個(gè)方案都是無法同時(shí)滿足散熱與防護(hù)問題而失敗，為此我們進(jìn)行下列的進(jìn)一步研究。散熱問題與產(chǎn)品的防護(hù)等級(jí)是一個(gè)矛盾，這是一個(gè)行業(yè)性的難題，項(xiàng)目產(chǎn)品在不降低產(chǎn)品的密封性和防護(hù)等級(jí)的前提下，又要保證良好的熱傳導(dǎo)，對(duì)流，發(fā)散，我們進(jìn)行了如下的研究：

　　c.散熱材料的選擇：為了做好LED路燈，首先我們對(duì)散熱材料進(jìn)行選擇，目前散熱器所采用的基本為金屬材料，這主要出于三方面的考慮：

　　?、賹?dǎo)熱性能好——相對(duì)其它固體材料，金屬具有更好的熱傳導(dǎo)能力；
　　?、谝子诩庸?mdash;—延展性好，高溫相對(duì)穩(wěn)定，可采用各種加工工藝；
　　?、垡撰@取——雖然金屬也屬不可再生資源，但供貨量大，不需特殊工序，價(jià)格也相對(duì)低廉；依此確定了散熱片所用材料類型，具體種類的確定同樣需以此為標(biāo)準(zhǔn)。下表為散熱片慣用材料與常見金屬材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)。

　　上表中熱傳導(dǎo)系數(shù)的單位為W/mK，即截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開爾文（1K＝1℃）時(shí)的熱傳導(dǎo)功率。

　　熱傳導(dǎo)系數(shù)自然是越高越好，但同時(shí)還需要兼顧到材料的機(jī)械性能與價(jià)格。熱傳導(dǎo)系數(shù)很高的金、銀，由于質(zhì)地柔軟、密度過大、及價(jià)格過于昂貴而無法廣泛采用；鐵則由于熱傳導(dǎo)率過低，無法滿足高熱密度場(chǎng)合的性能需要，不適合用于制作高性能散熱片。銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)同樣很高，可礙于硬度不足、密度較大、成本稍高、加工難度大等不利條件，在散熱片中使用較少。鋁作為地殼中含量最高的金屬，因熱傳導(dǎo)系數(shù)較高、密度小、價(jià)格低而受到青睞；但由于純鋁硬度較小，在各種應(yīng)用領(lǐng)域中通常會(huì)摻加各種配方材料制成鋁合金，為此獲得許多純鋁所不具備的特性，而成為了散熱片加工材料的理想選擇。

　　各種鋁合金材料根據(jù)不同的需要，通過調(diào)整配方材料的成分與比例，可以獲得各種不同的特性，適合于不同的成形、加工方式，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。上表中列出的5種不同鋁合金中：AA6061與AA6063具有不錯(cuò)的熱傳導(dǎo)能力與加工性，適合于擠壓成形工藝，在散熱片加工中被廣為采用。ADC12適合于壓鑄成形，但熱傳導(dǎo)系數(shù)較低，因此散熱片加工中通常采用AA1070鋁合金代替，可惜加工機(jī)械性能方面不及ADC12。AA1050則具有較好的延展性，適合于沖壓工藝，多用于制造細(xì)薄的鰭片。

　　通過以上分析我們確定了采用AA1O7O選擇一次性壓鑄成型來實(shí)現(xiàn)燈體的制作。

　　d、采用一體化鋁合金壓鑄LED路燈設(shè)計(jì)思路：

　　?、?、散熱燈殼研究：

　　根據(jù)道路照明燈具的功能需要及燈具的防護(hù)安全等級(jí)的規(guī)定，我們將整個(gè)燈具分成三部分來設(shè)計(jì)，整體散熱外殼。光源室，電器室，選擇AA1070鋁合金壓鑄一次性成型。

　　散熱片的散熱效果主要取決于散熱片與發(fā)熱物體接觸部分的吸熱底和散熱片的設(shè)計(jì)。性能優(yōu)秀的散熱器，其性能應(yīng)滿足三個(gè)要求：吸熱快、熱阻小、去熱快。

　　吸熱快：即吸熱底與LED模塊間熱阻小，可以迅速的吸收其產(chǎn)生的熱量。

　　為了達(dá)到這種效果，就要求吸熱底與LED模塊結(jié)合盡量緊密，令金屬材料與LED模塊直接接觸，最好能夠不留任何空隙。

　　散熱器的整體熱阻就是由與LED模塊的接觸面開始逐層累計(jì)而來，吸熱底內(nèi)部的熱傳導(dǎo)阻抗是其中不可忽視的一部分。為了將吸收的熱量有效地傳導(dǎo)到盡量多的鰭片上，因此還需要吸熱底有較好的橫向熱傳導(dǎo)能力，我們?cè)谠O(shè)計(jì)燈具時(shí)首先滿足吸熱底有足夠的厚度，同時(shí)考慮LED模塊的安裝孔位進(jìn)行加筋，也加強(qiáng)了燈具的整體性和機(jī)械強(qiáng)度。

　　熱阻?。簽榱颂嵘鼰崮芰?，希望散熱片與LED模塊緊密結(jié)合，不留任何空隙，壓鑄出來的表面這是無法實(shí)現(xiàn)的。吸熱底與LED模塊之間必然存在一定的空隙，如果空隙中是高熱阻的空氣，就無法得到良好的導(dǎo)熱效果，因此，應(yīng)采用具有較低熱阻及較佳適應(yīng)性的材料填充其中的空隙，這便是導(dǎo)熱膏的用武之地。但導(dǎo)熱膏的熱阻始終要高于加工散熱片的金屬材料，使用它只是權(quán)宜之計(jì)，并非真正的解決之道，要想根本上提高散熱片吸熱底的吸熱能力，就必須提高其底面平整度。平整度是通過表面最大落差高度來衡量的，通常散熱片的底部稍經(jīng)處理即可達(dá)到0.1mm以下，采用銑床或多道拉絲處理可以達(dá)到0.03mm，散熱片的吸熱底越平整熱阻越小，越有利于熱量吸收，但由于無法做到完美，涂抹導(dǎo)熱膏成為了LED模塊安裝到散熱器的必須步驟，從而達(dá)到吸熱的最佳效果。

　　去熱快，由于我們將LED模塊的吸熱底和散熱鰭片壓鑄成一體，即能夠?qū)腖ED組吸收的熱量迅速的傳導(dǎo)到鰭片部分，整個(gè)燈體和散熱鰭片上部是裸露于空中的，而且我們的鰭片的方向是平行于道路，需要散發(fā)的熱氣與氣流方向一致，不會(huì)因氣流而形成渦流而造成熱氣的滯留，進(jìn)而由流動(dòng)的氣流順利帶走而散發(fā)，以最快是速度將熱量散發(fā)。

　　下圖為燈體的上部和側(cè)面的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：

燈體上部散熱片分布圖

燈體側(cè)面散熱分布圖

　　由于我們?cè)跓趔w的設(shè)計(jì)上對(duì)整個(gè)燈體的上部無任何開口，整體的加工為鋁合金一次性壓鑄成型，在整體的上部不存在滲水和防塵的煩惱，僅對(duì)燈體向下方向的光源室和電器室進(jìn)行防護(hù)即可，這樣防護(hù)問題就簡(jiǎn)單了，只需采用硅橡膠條進(jìn)行防水防塵，就能達(dá)到IP65的防護(hù)等級(jí)。

　　通過以上的研究我們開發(fā)的一體化LED路燈散熱燈頭，具有吸熱快，熱阻小，散熱順暢，防護(hù)等級(jí)高，機(jī)械強(qiáng)度好的優(yōu)點(diǎn)。能將LED模塊結(jié)溫控制在攝氏60度以下，這在LED應(yīng)用照明上具有突破性意義，將LED照明從可能變?yōu)榭梢浴?/p>

　　　②．光源室配光研究：

　　LED光源之所以適合用于局部照明，是由于LED模塊在生產(chǎn)時(shí)就可以制作成各種發(fā)光角度和各種功率的產(chǎn)品，利用特定發(fā)光角的光源做局部照明可以使光源發(fā)出的光得到更有效的利用，和傳統(tǒng)的不便控制發(fā)光角度的光源相比，可以用比較小的功率達(dá)到同等要求的照明效果，因而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

　　路燈主要是為了照亮路面，因而屬于局部照明。對(duì)路燈產(chǎn)品來講，與車燈、電筒等產(chǎn)品的光照要求不同，光束要求有一定的范圍，市場(chǎng)現(xiàn)有的產(chǎn)品一般采用透鏡來解決這個(gè)問題，不同特性的LED管配用不同曲光度的透鏡，互換性不好。為解決這個(gè)問題，我們的產(chǎn)品獨(dú)辟蹊徑，光源室采用內(nèi)置導(dǎo)光多角度平面合理組合的方法解決，成本低，可適用于不同LED管（不同LED管，發(fā)射角不同，只要選擇不同的導(dǎo)光面的安裝LED模塊即可以改變出光的角度）。另外，其出光是一規(guī)則的長(zhǎng)方形照射面。其照射面更寬，而且亮度增大，路面照射均勻。

　　路燈在路面照射面的照度范圍、型態(tài)和照度的均衡問題采用在不同的內(nèi)置導(dǎo)光面安放不同功率的LED模塊，使整個(gè)照度范圍內(nèi)地面的光強(qiáng)大至均衡。

　　由于采用了以上光的導(dǎo)向思路，使得該產(chǎn)品具有更好的照明效果。

　　我們的LED路燈配光和結(jié)構(gòu)所采用的具體技術(shù)方案是：大功率LED路燈由帶散熱片的燈體、LED模塊、透光罩、蓋板、密封膠條組成；散熱殼體一面上的一端設(shè)有一個(gè)光源室，在其光源室的凹口周邊配裝有鋼化玻璃透光罩，在散熱燈體的光源室內(nèi)設(shè)有五個(gè)不同角度的模塊安裝面，在光源室的導(dǎo)光安裝面上按不同的配置需要安裝安裝3～5個(gè)不同的LED模塊單元并按  “ ”或“   ”形式安裝。

　　上述的呈“ ”或“ ”形式安裝可以是兩側(cè)照明單元所采用的LED模塊功率比中間照明的LED模塊功率大。用多種功率組合的LED模塊組成的LED路燈，利用其光的導(dǎo)向性可以有效的控制光線的分布范圍，使LED模塊發(fā)出的光成為一個(gè)長(zhǎng)條形光帶沿路面方向鋪展。

燈頭配光結(jié)構(gòu)圖

路燈安裝光源照射分布示意圖

　　光的導(dǎo)向是做好LED路燈的重要環(huán)節(jié)。為了有效的利用光線，應(yīng)該發(fā)揮發(fā)光管照射方向便于調(diào)控的優(yōu)勢(shì)，使發(fā)光管發(fā)出的光形成一條光帶鋪在路面上，而不要在無效方向上散射。要做到這一點(diǎn)，結(jié)構(gòu)上的辦法是用多種功率的LED模塊組合，按  “”或“”形式安裝。分別兼顧不同的照射距離。分別用于照射附近路面，中距離路面，遠(yuǎn)距離路面，使LED輸出的光均勻的覆蓋兩盞燈之間的半距離路面，覆蓋寬度基本上和路面寬度吻合，這樣就可以用比較小的功率有效的照亮道路。這就需要很好的設(shè)計(jì)這幾組LED模塊的安裝角，解決光的導(dǎo)向。

　　實(shí)踐證明，這樣制作的LED路燈96瓦左右的功率就能超過150瓦納燈對(duì)路面的照明效果，以128瓦左右就能達(dá)到300瓦的照明效果，節(jié)能效果顯著。

技術(shù)參數(shù)：

表1．JN -96W-CB3096-01LED路燈技術(shù)參數(shù)（等效150W金鹵燈）

序號(hào)	JN -72W-CB30108-01LED路燈（等效150W金鹵燈）	性能指標(biāo)
1	光    源	超高亮白光LED
2	功    率	96W
3	色    溫	4000K-6000K (色溫可根據(jù)需要調(diào)配)
4	顯色指數(shù)	80
5	照度范圍	40mX 10m（可根據(jù)燈桿間距調(diào)整）
6	平均照度	>15 勒克斯（照明效果等同于150瓦高壓鈉燈或鹵素?zé)簦?/p>
7	燈桿高度	6-8m(可根據(jù)客戶需求定制)
8	電    源	輸入電壓交流AC/190V～250V 50HZ
9	適應(yīng)溫度	-40℃～85℃
10	適應(yīng)濕度	≤95%
11	使用壽命	>30000小時(shí)
12	防護(hù)等級(jí)	IP65

表2. JN-128W-CB50128-02LED路燈技術(shù)參數(shù)（等效250W金鹵燈）

序號(hào)	JN-128W-CB50108-02LED路燈（等效250W金鹵燈）	性能指標(biāo)
1	光    源	超高亮白光LED
2	功    率	128W
3	色    溫	4000K-6000K (色溫可根據(jù)需要調(diào)配)
4	顯色指數(shù)	80
5	照度范圍	40mX 10m（可根據(jù)燈桿間距調(diào)整）
6	平均照度	>20 勒克斯（照明效果等同于250瓦高壓鈉燈或鹵素?zé)簦?/p>
7	燈桿高度	6-9m(可根據(jù)客戶需求定制)
8	電    源	輸入電壓交流AC/190V～250V 50HZ
9	適應(yīng)溫度	-40℃～85℃
10	適應(yīng)濕度	≤95%
11	使用壽命	>30000小時(shí)
12	防護(hù)等級(jí)	IP65

　　4.電器室驅(qū)動(dòng)研究：

　　　a．電器室結(jié)構(gòu)：

　　在燈具的另一端設(shè)有一個(gè)電器室、并通過線槽與光源、安裝孔相連通，蓋板的大小與電器室相適配、密封膠條與光源室、電器室相適配，通過蓋板、密封膠條將電器室進(jìn)行密封，AC/DC恒流控制裝置、連接線、電源連接線，恒流控制裝置的輸入端連接電源連接線、輸出端通過連接線連接LED模塊的輸入端，恒流控制裝置涂抹導(dǎo)熱膏加螺絲貼裝于散熱殼體的電器室內(nèi)的安裝面上，連接線敷設(shè)于散熱殼體的光源室和電器室之間的線槽內(nèi)，電源連接線設(shè)于散熱殼體的電源室與安裝孔之間的線槽內(nèi)、穿出安裝孔外、連接至電源。

　　　b．驅(qū)動(dòng)方案的選擇

　　LED是一種半導(dǎo)體產(chǎn)品，需用低壓直流來驅(qū)動(dòng)．驅(qū)動(dòng)一般采用兩種方式：恒壓驅(qū)動(dòng)方式或恒流驅(qū)動(dòng)方式。恒壓的驅(qū)動(dòng)方式相對(duì)簡(jiǎn)單，以前LED光源多采用恒壓方式。圖1是LED的電壓和電流的關(guān)系圖，電壓和電流近似成指數(shù)關(guān)系；圖2是LED的電流和它的相對(duì)光通量的關(guān)系，電流和光通量近似成正比關(guān)系。可以推出，LED的電壓和它的相對(duì)光通量也近似成指數(shù)關(guān)系。如果采用恒壓驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)電壓輕微的擾動(dòng)都會(huì)造成相對(duì)光通量大幅度的改變；而采用恒流方式驅(qū)動(dòng)的LED受驅(qū)動(dòng)電流的擾動(dòng)的影響要小得多．因此，本方案選擇恒流的驅(qū)動(dòng)方式。

　　可以推出，LED的電壓和它的相對(duì)光通量也近似成指數(shù)關(guān)系。如果采用恒壓驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)電壓輕微的擾動(dòng)都會(huì)造成相對(duì)光通量大幅度的改變；而采用恒流方式驅(qū)動(dòng)的LED受驅(qū)動(dòng)電流的擾動(dòng)的影響要小得多．因此，本方案選擇恒流的驅(qū)動(dòng)方式。

　　能提供大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)的芯片很多，我們選擇了HV9910作為L(zhǎng)ED的驅(qū)動(dòng)芯片，HV9910驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，效率高。并提供過溫保護(hù)的功能。因此，選擇此芯片作為本方案中LED的驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)電路原理圖。如圖3所示。

五、取得的成果

　　1、我們通過以上對(duì)散熱材料，燈具的防護(hù)，散熱原理的研究，以整個(gè)燈頭殼體為散熱片，使LED模塊所產(chǎn)生的熱直接傳導(dǎo)到燈具殼體的外部，由自然對(duì)流的空氣將熱量直接帶走，無需其他手段的輔助散熱。保證了整體溫升在攝氏25度以下，對(duì)LED模塊和恒流驅(qū)動(dòng)器在良好的工作溫度中，保證了燈具的性能和壽命。

　　2、由于采用了一體化壓鑄成型的工藝，使燈具的整體性和一致性得到保證，同時(shí)提高了燈具的防護(hù)等級(jí)，確保燈具的防護(hù)等級(jí)達(dá)到GB7000.1-2002和GB7000.5-2005標(biāo)準(zhǔn)。

　　3、我們通過對(duì)配光的研究，針對(duì)道路照明的要求設(shè)計(jì)出獨(dú)特的配光方案，配置不同的模塊對(duì)遠(yuǎn)距離的路面增加光強(qiáng)，使整個(gè)路面的照度基本相等來實(shí)現(xiàn)道路照明的均勻度。這是傳統(tǒng)路燈所無法做到的。

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