LED室外照明灯具设计注意事项_容泫汶的空间_百度空间

          室外LED照明灯具设计应符合我国颁布的{zx1}室外照明灯具技术规范,以及城市道路照明设计标准。

一、工作环境

        LED室外照明灯具由于工作环境比较恶劣,受风吹雨淋日晒,阳光中紫外线照射,昼夜温差变化,空气中沙尘,化学气体等条件影响,灯具年复一年的受大自然时效老化处理。设计时应充分考虑这些因素的影响。

二、LED灯具材料及散热方式选择

         外壳和散热器设计为一体,用来解决LED的发热问题,这种方式较好,一般选用铝或铝合金,铜材或铜合金,以及导热良好的其它合金。散热有空气对流散热、强风冷却散热和热管散热,(喷气致冷散热也是类似热管散热的一种,但结构更复杂一些。)

         选择什么样的散热方式,对灯具的成本有直接影响,应综合考虑,与设计产品配套选出{zj0}方案。

         灯罩的设计选材也是至关重要,目前使用的有透明有机玻璃,PC材料等,传统的灯罩是透明玻璃制品,究竟选什么样材料的灯罩跟设计的产品档次定位有关,一般来说,室外灯具的灯罩{zh0}是传统的玻璃制品,它是制造长寿命,xx灯具的{zj0}选择。采用透明塑料、有机玻璃等材料做的灯罩,做室内灯具的灯罩较好,用于室外则寿命有限,因为室外阳光、紫外线、沙尘、化学气体、昼夜温差变化等因素使灯罩老化寿命减短,其次是污染了不易清结干净,使灯罩透明度降低影响光线输出。

三、LED芯片的封装

          目前国内生产的LED灯具(主要是路灯)大都是采用1W的LED多个串、并联进行组装,这种方法热阻较先进封装技术的产品高,不容易造出高品质的灯具。或者是采用30W、50W甚至更大的模组进行组装,以达到所需要的功率,这些LED的封装材料有用环氧树脂封装,有用硅胶封装的。二者的区别是:环氧树脂封装耐温较差,时间久了易老化。硅胶封装则耐温较好,使用时应注意选择。

          采用多芯片与散热器整体封装比较好,或采用铝基板多芯片封装再通过相变材料或散热硅脂与散热器相联接,做出的产品热阻比用LED器件组装的产品的热阻要少一至二道热阻,更利于散热。采用LED模组的灯具,模组基板一般为铜基板,它与外散热器的联接要使用好的相变材料,或好的散热硅脂,保证铜基板上的热量能及时传到外散热器上去,如处理不好则易使热量堆积造成模组芯片温度升得太高,影响led芯片正常工作。笔者认为:多芯片封装适合制造普通照明灯具,模组封装适合空间有限的场合制造紧凑型led灯具(如汽车主照明的头灯等)。

四、散热器的设计

           散热器是led灯具很关键的一个部件,它的形状、体积、散热表面积都要设计得洽到好处,散热器太小,led灯工作温度太高,影响发光效率和寿命,散热器太大,则消耗材料多增加产品成本和重量,使产品竟争力下降。设计合适的led灯散热器至关重要。散热器的设计有以下几个部分:

     1.明确LED灯需要散热的功率。

       2.设计散热器用的一些参数:金属的比热,金属的导热系数,芯片热阻、散热器热阻、周围环境空气热阻等。

        3.确定采用散热的类型,(自然对流散热、强风冷却、热管散热,以及其它的散热散热方式。)从造价比较:自然对流散热造价{zd1},强风冷却中等,热管散热造价较高,喷气致冷造价{zg}。

       4.确定LED灯具许可的{zg}工作温度(环境温度加灯具许可温升),

         5.计算散热器的体积、散热面积。并确定散热器的形状。

       6.将散热器与LED灯组合成完整灯具,并通电工作八小时以上,在室温39℃--40℃的环境下检查灯具的温度,看是否满足散热要求,以检验计算是否正确,如不满足使用条件,则要重新计算和调整参数。

         7.散热器与灯罩的密封要做到防水、防尘,灯罩与散热器之间要垫抗老化的橡皮垫或硅橡胶垫,用不锈钢螺栓紧固,做到密封防水、防尘。

      

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          1,开关电源,应有恒流输出,并带过压,温度保护.设计带单片机的开关电源更能体现LED灯具的优点,可实现LED灯具的智能控制和检测。开关电源所用电子元器件的选择也是至关重要,要保证低的故障率和LED相配套的寿命(5—10万小时)。象电解电容器这一类的元件就不能用,它的寿命只有一万小时。
         2,LED的串并联电路,这是目前大多数厂家采用的模式。而且还是把供电电压定位在低电压,大多是100伏以下,很少是设计由市电直接向LED供电.而且是采用开关电源直流驱动LED。其实采用市电直接对LED供电,电路最简单,成本{zd1}(直接交流供电,或整流成直流供电).也是一种可选用的方案之一,对市电的波动在设计时要考虑进去.
       3,也可以将普通LED设计成交流LED,用市电直接驱动,考虑到市电的波动,可在电路中串接交流恒流二极管,以增加稳定性.还可以采用高频交流来驱动交流LED,节能灯电子镇流器就是高频交流电源(它的频率大致在25—50KHZ),用它来驱动交流LED是很合适的.它也是低电压驱动,电压在120伏以下.用高频驱动比用工频驱动LED的发光效率有所提高,且更稳定无频闪。
       4,为了提高LED灯的可靠性,LED的并联一般在2—6路中选择,而且电路的设计应满足当某一、二个LED开路或短路时,不会影响其它的LED正常工作.对于多个LED并联工作的情况,LED的正向电压降及输入特性必需尽可能一样,否则并联的LED会因为特性不一致造成每个LED的工作电流差别很大,一般出厂的LED虽经过分光分色机自动分光色,但是每档的电压是0.2伏,如3.0—3.2伏,3.2—3.4伏,3.4—3.6伏等,这样的分档太粗糙,实际使用时必需再挑选,务必使每一组并联的LED的正向压降和输入特性尽可能一致,并联的LED{zh0}每一个要加上均流电阻,以保证流过每一个LED的电流尽{zd0}可能相等.

       6,在我国太阳能发电,风能发电二合一的LED照明灯具,适用的地区不是太多,因为要满足风能发电的条件,常年风力要较平均,至少有3—4级风力,常年阳光照射(晴天)不少于250天.或者风力和阳光可以互补.除西北地区干旱少雨和沿海地区有条件安装太阳能风能二合一LED路灯,大部分地区更合适安装太阳能、市电二合一的LED路灯,有了市电作强有力的支持即使连续阴雨天气路灯也能正常工作,可以取得较好的使用效果。

六,配光设计:

4,LED灯还必须注意眩光的处理,这是因为LED灯是点光源,一盏灯是由许多发光点组成,且发出的光线波长较单一,类似激光,光线在空气中传播的损耗比普通灯要小,对人的眼睛有刺激,使人感到不舒服,也就是LED灯发出的光线不柔和,这是必需解决的问题。否则的话会对车辆驾驶员造成影响,刺激眼睛,引起视觉疲劳影响行车安全。所以眩光的控制就显得很重要,降低发光强度可以有效的减少眩光,但会减小照度,采用磨沙灯罩或半透明等罩也可以使LED灯输出的光线柔和,但也是以降低照度为代价,这两者是矛盾的,关健是在两者之间取舍合理,即做到眩光影响最小而照度也减少不多。
      一盏优质的LED室外照明灯是高科技的结晶,从材料、垒晶、芯片、封装、电子线路设计、外壳散热器设计、机械加工到总体组装,它是物理、化学、光学、结构学、电学、电子学、环境气候学、热传导学、新材料学、机械加工学、金属无机物气体沉淀学、美学、人体视觉学等众多学科的综合,同时也是多个工程师协调合作的结果,它凝聚了{zx1}的科学成果,它不但节能、环保、长寿命,光照柔和使人的眼睛舒适,同时还是美的享受。它应是模块化设计,方便组装、拆卸以及维护。所以灯的任一部分都经过精心设计、加工装配,任一环节的缺失和配合不到位都制造不出好的LED灯具。
      人们在选择LED灯具时,不但从外观、颜色、造型选择自己喜欢的LED灯具,还应该从灯的显色性,光线是否柔和舒适来选择,灯具散热的好坏也很重要,室外LED灯的温升应≤30℃,家庭照明的LED灯温升应≤20℃,(灯具温升的测定:一般在LED灯工作2小时及以上,测量LED灯散热片上的温度,减去环境温度即是灯具的温升。)居家用LED书写阅读灯{zh0}有调光。LED灯的驱动电路的寿命应与LED的寿命相匹配等。


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