浅析LED路灯的优势及存在的问题

　　四、LED路灯需要破解的技术难点

LED路灯要想大规模地应用，成为道路照明的主流光源，还面临一些需要解决的难点。归纳起来，主要难点有三个，即光学设计、散热问题及驱动电源设计。

　　1．光学设计

　　便于光学设计本来是LED路灯的一大优势，但同时又是一大难点。

　　从LED路灯配光角度来说，其光输出特性只有满足表2所示的CJJ45-2006道路照明标准规定要求才具有实用价值。

表2 CJJ45-2006规定的道路照明要求

　　LED路灯配光包括一次配光（采用封装透镜）、二次配光和三次配光。当通过二次配光可以满足路面亮度、照度及其均匀度要求时，则无需再进行三次光学设计。要满足道路照明的要求，LED路灯的配光必须经过多次反复设计才能实现。

　　目前人们研究出很多LED路灯配光方案，例如LED一次配光（即透镜封装）加灯具的二次配光、LED的二次配光（利用二次透镜）加灯具的三次配光及反射器配光等，但是，无论哪一种配光方案，还不能做到科学合理，不同程度地存在整体光学效率低、存在较大眩光和路面亮度、照度均匀性差等问题。如何选择配光方式，如何选择透镜，如何改进路灯的结构达到配光和散热要求，目前都还需要更为成熟的解决方案。

　　2．散热问题

　　LED路灯的散热能力直接影响LED的实际发光效率及其寿命。

　　LED为电致发光器件，在其工作过程中只有15%~25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高，导致光效急剧下降。如果LED结温超过最高允许温度（一般为125℃），LED将会因过热而损坏。因此在LED灯具设计中，最重要的一项工作便是散热设计。

　　LED灯具的散热系统包括LED模组的散热和灯具结构（如外壳）上的散热片散热，其中后者是目前常见的散热方式，由于LED路灯的工作环境比较恶劣，易积聚尘沙和飞虫，散热器表面易被腐蚀氧化，这就会影响灯具内LED及电器的散热，导致LED路灯使用寿命的缩短。

　　为了解决LED路灯的散热问题，可以在灯具上配置微型风扇进行主动式强制性散热，但散热风扇在户外恶劣环境中的使用寿命难以满足要求。

　　LED路灯的重量主要由散热装置的重量所决定。随着LED路灯功率的增大，散热器尺寸和重量也需要相应增加。欲减轻大功率LED路灯散热装置的重量，就需要对散热方式、散热结构和材料等多方面进行优化设计。

　　LED路灯灯具要求具有良好的防尘防水（IP）防护等级（如IP45及其以上），但良好的IP防护又往往会妨碍LED的散热。如何解决这一矛盾是LED路灯设计时不可忽视的一个重要方向。

　　3．驱动电源设计

　　目前的LED路灯几乎全部采用工频市电电源供电。LED路灯驱动电路拓扑结构一般均为离线式开关
开关

　　开关是最常见的电子元件，功能就是电路的接通和断开。接通则电流可以通过，反之电流无法通过。在各种电子设备、家用电器中都可以见到开关。 [全文]

电源（SMPS）。从近几年LED路灯示范应用的情况看，故障几乎全部集中发生在驱动电源上。

　　由于LED路灯的工作环境十分恶劣，因此在驱动电源设计上，对电路拓扑结构的选择、电子元器件的选择以及电路的保护、散热与防水性能等各个环节，都十分苛求。

　　根据现有的技术水平，目前常规离线式开关电源
开关电源

　　开关电源1是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间 [全文]

的平均寿命通常在3万小时以下，LED驱动电路的寿命决定LED路灯灯具的寿命。对LED驱动电源寿命具有决定性影响的是电解电容器
电容器
　　所谓电容器就是能够储存电荷的“容器”。只不过这种“容器”是一种特殊的物质——电荷，而且其所存储的正负电荷等量地分布于两块不直接导通的导体板上。至此，我们就可以描述电容器的基本结构：两块导体板（通常为金属板）中间隔以电介质，即构成电容器的基本模型。 [全文]

，其次才是功率半导体器件。因此，对电解电容
电解电容
　　电解电容是一种由两块平行金属板以及两金属板之间放置电解液所构成的电容。电容器依照所使用的电极材料.电解液之种类而付予电容器的名称。介质有电解液涂层有极性，分正负不可接错。 [全文]

的选择是极为重要的。

　　在LED路灯驱动电源设计方面，不仅要格外重视其可靠性，同时还必须满足输入AC电流谐波含量、线路功率因数、电磁干扰（EMI）、防雷击和防水及能效等方面的性能要求与安全要求。探求低成本、高可靠与高性能解决方案，是LED路灯驱动电源设计的一个难点。

　　五、结束语

　　LED是新一代绿色光源，LED应用于道路照明与传统路灯比较具有很多优势。道路照明是一种公共照明，由政府买单和掌控，因此LED在普通照明领域可以率先在道路照明中应用。但是，由于传统路灯的设计方案并不适用LED路灯，在光学设计、散热问题和驱动电源设计等方面还存在很多问题尚未真正解决，因此距大规模地推广应用还有较长的路要走。LED路灯技术尚处于探索阶段，不可一哄而起、一哄而上和遍地开花，而必须坚持先试点、再示范到最后推广的实施路线。