大功率LED道路照明光源调光方案的研究[2]

　　(2)LED的色温变化

　　在调光运行的模式下，由于白光LED正向电流发生了变化，因此依据不同的调光方式其色温变化情况也不尽相同，具体的分析如下所示。

　　在图8中，LED的光输出所对应色坐标X和Y的值随着LED正向电流的变化而有规律地变化。调光时LED的电流减小，此时X值增大，Y值减小，从而导致人们不希望的色温变化的出现。对于采用PWM调光模式运行的情况，由于LED工作时的瞬时电流不变，因而可以较好地解决色温的偏移问题，但是发光的效率有所降低。归纳起来就是，白光LED在道路照明应用时，采用何种调光模式，需要基于道路照明的要求并根据人们对调光时白光LED电流减小导致色温变化(红移)的适用性(主要是辨识障碍物的能力)及容忍性的大小等来进行选择。

　　图8 LED的色坐标与正向电流的对应关系

　　(3)LED芯片的温升和寿命

　　LED芯片的工作温升与其使用寿命有着直接的关系。相对而言，温升越低，其使用的寿命就越长。例如，当LED芯片温度达45℃时，LED的使用寿命为1 X 106 h，而温度在105℃时，其寿命锐减为2X 105 h。在道路照明中，由于室外的环境条件较为恶劣，位于光源内(温度在80-90 ℃以上)LED的温度较高，极端条件下几乎接近于其所允许的最高范围，因此散热问题是LED道路照明的核心问题之一，需要下工夫来解决。具体可参见图9所示。

　　图9 LED的温升与寿命的对应关系

　　基于此，在调光运行模式下LED所具有的较低运行温度对于提高其使用寿命是非常有益的。

　　1. 2. 2 LED驱动器的特性及寿命

　　要使LED道路照明能够有效地发挥其固有的优势，驱动器的性能至关重要，也就是说驱动器性能的优劣直接关系到LED道路照明的使用和照明效果。由于道路照明环境的严酷性和高可靠性的要求，通常驱动器需要具备以下的基本性能。1)输出余量:20~40% ;2)输人电压:90-305VAC;3)效率:80 -92%;4)功率因数:0.90-0.99;5)多级驱动隔离;6)50000 h耐久性测试;7)8000 kV浪涌测试;8)内外部防雷系统;9)防水等级:IP67-68。

　　特别是在要求调光的情形下，LED的表现更直接受制于驱动器的性能优劣。目前对LED器件及道路照明配光特性研究的文献较多，而对其在实际照明光源条件下的工作条件、整体输出特性可靠性及使用寿命等的研究相对较少。经统计显示，影响LED驱动电源寿命的一大主要因素是输入滤波电解电容器在道路照明光源内高温环境下(80-90℃)的有效寿命问题，一般规律是:使用的环境温度每升高10℃ ，电解电容器寿命将会减少一半。通常电解电容器的使用寿命在5000h以下，并且与使用的环境温度有很大关系。虽然目前市场上有一种105吃的高温电解电容器的标称寿命为1x 105，并且在85℃环境下理论工作寿命可达4X 105h。按每天LED照明光源工作12 h来计算，理论上可用10年，但是其造价较高，并且不同厂家的产品差异也较大。基于此，研究减少直至取消电解电容器的LED驱动器是一课题方向。

　　文献[9J分别给出了基于某种特定产品的LED驱动器的使用寿命与温度的关系、驱动器输出功率与其温升的关系(见图10)。

　　图10 LED驱动器的寿命与环境温度、输出功率与外壳温度的对应关系

　　由图10可知，LED驱动器的工作寿命与其温度呈现出较大的衰减特性。在调光运行的条件下，由于LED负载变轻导致驱动器输出功率降低，其内部开关等器件的温升较低，因此从使用的角度来考量调光运行对驱动器的使用寿命有利，即能够在较大的程度上提高其使用寿命，但是从其整体效率来说，由于输出功率的减小(特别是在调光的最小输出状态下)，而其自身功耗的减小程度相对输出功率来说比较小，因此将造成其整体效率的下降，这需要特别注意。

　　1. 2. 3 LED光源的光输出特性及道路照明效果

　　一般来说，LED道路照明光源的光输出特性是依据道路照明规范的要求来确定的。在LED道路照明光源光输出特性的设计上，主要是采用LED的一次配光(自身的封装透镜形成LED器件)、二次配光(外加配光透镜形成LED单元)和三次配光(光源内安装的排列方式)或其中的一、二次配光方式来获得满意的道路照明效果。而在调光的运行模式下，LED光源的光输出特性及道路照明效果就变得较为复杂，要分别加以分析。

　　(1 )LED道路光源的光输出特性

　　对于满足道路照明要求的、具有独立的光输出特性的单个LED(单元)而言，有两种情况需要考察:

　　一是采用无级调光(线性、模拟或PWM)的方式，即所有LED均参与调光，调光的结果只改变光源的整体光输出的大小，而不改变其光输出的特性，因此是一种理想的调光方式;二是通过LED(单元)来分组调光的情形，由于不是每个山D(单元)都参与调光运行的，因此调光后的光源的光输出特性是改变的，此时光源的光输出特性有可能不能满足道路照明的相关要求，需要分门别类地加以认真考虑和选择。

　　(2)LED道路光源的照明效果

　　在上述(1)中提出，在调光模式下LED道路照明光源的配光曲线有可能发生改变，而光源的光输出特性对道路照明的效果起到决定性的作用，因此撇开采用间隔照明在道路上形成的连续暗区、严重影响道路交通安全不说，单单就上述的具有不同的光输出特性的LED道路照明光源来说，光源的光输出特性都是在全功率输出条件下获得的，因此凡是调光后光输出特性改变的，不管改变多少，程度如何，对道路的照明都存在着一定的影响。因此，LED道路照明的调光问题是一个综合性的问题，实际运用时应该以保证道路的照明效果和交通安全为前提，不能为了节能而节能，忽视了道路的交通安全，否则的话将是得不偿失的。

　　2 小结

　　总之，社会经济及城市化进程的快速发展，使得LED道路照明在实际使用过程中，人们不仅满足于对其光输出特性的要求，而且对道路照明光源所提供的照明品质、照明环境、照明舒适度和照明节能等也提出了更高的要求，特别是对LED道路照明条件下的交通安全、治安环境等要求也很高。这就要分别加以认真分析和仔细研究。特别是要依据不同调光方式下LED道路照明光源所具有的各自特点以及相适用的道路照明现场环境，来对LED道路照明光源的设计进行改进和优化。这样一来，对今后LED道路照明光源大范围的推广和应用都具有积极的意义。

编辑：Cedar