节能光源LED路灯的设计与应用|LED路灯光源分几种

　　摘要：本文首先对节能光源LED（发光二极管）的特点进行了说明，然后对其运用原理做了简单的介绍，并对LED的散热性能进行了分析。同时，在此基础上论述了其作为照明光源所存在的问题，并提出了相应的建议。
　　关键词：白光LED光源；LED路灯；散热性能；问题与建议
　　
　　0引言
　　 自从1962年第一支红色的二极管问世之后，各种颜色的LED灯也陆续出现在世人眼前，直到1998年白色的LED成功研制出来之后，这种利用电子发光原理制成的半导体器件，因为具有众多的优点而被广泛应用于各个领域，尤其是在路灯照明方面，发挥了不可替代的节能作用。本文从以下几个方面进行简要的分析和论述。
　　1 LED灯的特点
　　 LED可以将电能转化为可变光，和其他的节能灯相比，具有一系列的优势。它不但寿命长，而且还有一个独特的优点就是不需要用镇流器。这样就使得其具有体积小的独特优势。同时，它还具有低耗能、耗电少等优点。从生产过程到成品的使用，它对环境的污染是极其小的，并且随着半导体照明(LED)技术和高效节能技术的飞速发展，它在照明产业中的作用是越来越重要，不仅环保，而且亮度大。同时，随着科技的不断发展，LED芯片的性价比也在逐步地提高，这使得LED朝着超高效率、低成本的方向大步前进。诸如此类的特点也使得LED成为路灯照明的宠儿，成为照明世界的真正主导者。
　　2 LED灯的应用原理
　　 LED灯是一种固态的半导体器件，它的发光原理如下所述：它的晶片是由P型半导体和N型半导体这两个部分组成的，并且他们在其中的轻重地位也是各不相同的。P型半导体在它里面的空穴是占主要地位的，而N型半导体那边则主要是电子。一旦我们将这两种半导体连接起来，当电流通过导线对他们发生作用时，电子就会在P区里跟空穴复合，并散发出能量。这就是它的工作原理，我们也可以通过图1简要的对其加以认识[1]。
　　
　　
　　图1LED的发光机理概略图
　　
　　3 LED路灯的光学系统
　　 LED的配光曲线原本并不适合成为路灯光源，因为路灯光源既需要充分考虑到路面的特殊的反射特性，又要满足人眼对灯具的眩光、对路面的照度、对亮度以及引导性功能等方面的特殊要求，这就要求设计者采取一定的措施来改变光源分布的不均匀性，使其达到照明对象不同的标准和要求，从而形成一个适合人眼的、舒适的、有效的路灯照明环境。与此同时，要减少LED模组对光的反射和吸收，这就涉及到非对称配光的LED路灯的二次光学系统设计。这一二次光学系统主要是采用镀铝膜反光镜以及研发非成像光学系统来改变光源的投射角度，使得光源的利用效率大大的提高了。许多研究所和公司已经通过这一配光设计大大改善了LED路灯的有效照射面积，这不但使得LED路灯有一个合适的照度，而且使得其照度的分布也很均匀。
　　 由于LED路灯的初期投入成本较高，进行配光设计的基本前提就是要保持LED灯具有较高的发光效率，然后在此基础上提高其光能利用效率。
　　4 LED路灯的散热性分析
　　 由于LED是冷光源，它所发出的光大部分都转换成了热量，真正用于发光的部分反而不是很多，故而它的发光率是很低的。那么要想使用于路灯照明的LED能够正常的工作，我们不但要考虑到LED芯片自身的因素，还要考虑到LED安装接触面的导热条件等诸多问题，尤其要考虑到LED与散热片的合理匹配问题。
　　 4.1 LED路灯散热片的冷却方式和材料选择
　　 目前LED路灯的冷却方式主要有以下几种：强制气流冷却方式、自然对流冷却方式、液冷方式和以灯头壳体为散热片的方式。各种方式各有其优势与不足，但是最主要的散热方式是自然冷却，即通过空气的自然对流及辐射作用将其散发出来的热量送走。它的散热片一般选用的是那些导热率高、散热性能好的的材料，比如说铁、铝、铜等，但最常用的是铝材。
　　 4.2影响LED路灯散热片的因素
　　 4.2.1翘片的重要作用
　　 一般来说，散热器的表面是光滑平整的，它是由若干个翘片和基体组成的，通过设置它们的间距和对其表面进行一定的处理来扩大散热的有效面积，从而提高了散热的性能。其中，散热片的翘片和表面处理对其散热性能的发挥有着极其重要的作用。我们可以通过建立物理模型来分析翘片的几何参数、位置、材料等因素对其散热性的影响。相关研究证明，在其他参数不变的情况下，翘片的数目、厚度、高度和长度等的变化会对散热片的散热性能产生十分重要的影响。虽然翘片厚度的增加会减小翘片的间距，这样就会使得空气流通的速度降低，从而也降低了其带走热量的速度。但是散热片的翘片厚度对散热器性能的影响远不如翘片的长度、高度、数目的影响那么明显。这就要求设计人员在设计的时候要抓住重点，这样既可以节省时间，也可以降低成本。
　　 4.2.2表面处理的重要影响
　　 由于辐射也是散热片对外散热的另一重要手段，因此对其表面进行一定的处理之后就可以提升散热片的散热性能。表面处理是指在翘片的表面涂上复合材料或者进行煮黑等氧化处理活动，以来提高翘片表面的辐射率。通过把其表面涂黑，就可以增大辐射率，也就可以进一步减小外热阻。因此，工作人员在利用LED灯的时候，必须要考虑到翘片和表面处理对散热性能的重要影响。
　　5 LED路灯存在的问题及未来展望
　　5.1 LED路灯存在的问题。
　　 LED路灯的开发与应用在我国的照明界有了很大的发展，关于其的研究也越来越多，许多示范工程也曾在国际上引起广泛的影响，但是有的工程却不是那么令人满意，这也就暴露出了其发展中所存在的一些问题，需要设计人员及时进行改进。本文从以下几个方面的问题进行分析。
　　 (1)质量不过关。有些LED照明设施的芯片质量不过关，因此造成产品的许多性能达不到指标要求，从而造成一些LED路灯的照明工程效果不是特别的好。已经有许多案例充分证明了这一问题的严重性。
　　 (2)技术要求高。LED路灯要想真正的发挥其应有的功效，就要在满足照明的前提下不断提升照明的效率。这就需要不断改进技术设施，需要更先进、更轻便的散热系统，还需要高效的动电源等等。
　　 (3)目前市场上生产LED路灯的厂商有很多，但是真正有实力的、能占据主导地位的却是少之又少。大多都是各自为营，缺少严谨细致的数据资料，难以建立真正的大品牌产品。这就需要团结合作，使我国的LED节能路灯在国际上占有更重要的地位。
　　 5.2 LED路灯未来发展的建议
　　 (1)要加强对技术人员的培训，积极吸取国外的各种先进经验。切实做好各种示范性工作，积极总结成功的经验和失败的教训，及时申请专利，以保护自己的利益。
　　 (2)可以实行强强联合。厂商可以团结合作，发挥各自的优势特色，实现优势互补，既能共存共赢，又能为我国LED路灯的发展贡献出自己的一份力量。
　　 (3)要优化设计LED路灯散热片和表面处理。积极寻求最优值，要重点解决LED工程项目的成本问题，力求降到最低。
　　 (4)严把质量关。既要因地制宜，灵活进行设计，又要严格把关，制定出一个行之有效的标准要求，争取生产出更多、更好的产品来。
　　6总结
　　 LED路灯已经在我国得到了巨大的发展，尤其是在节能这一方面发挥出了十分重要的作用。但是事物总是不断发展变化着的，与其相关的一些高新技术也在不断地发展，只有将节能LED灯不断地改进和完善，才能更好的降低成本，减少各种电费的支出，真正达到节能减排的目的。尽管目前在其应用的过程中仍存在一定的问题，但是只要坚信LED路灯的发展前景是光明的，存在的这些问题和难题在将来会被一一攻克的，我们就会迎来真正的属于LED路灯的大发展机遇。
　　
　　参考文献
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　　[2]虞鹤松,张飙,范刚.LED显示屏高速数据通讯接口设计[J].国外电子元器件,2005(02).
　　[3]王声学,吴广宁,蒋伟,边珊珊,李生林.LED原理及其照明应用[J].灯与照明,2006(12).[4]项红升,李明,王志华,许洪华,郭金东.LED在绿色节能照明中的应用进展[J].可再生能源,2004(05).
　　[5]周广郁.LED照明发展应对的问题探讨[J].灯与照明,2009(06).
　　[6]钟 明.节能环保成共识 LED闪耀绿色之光[J].轻型汽车技术,2007(02).
　　[7]韩建伟,刘行仁.节能LED路灯[J].中国照明电器,2009(01).
　　[8]王尔镇.高效率白光LED的技术开发[J].灯与照明,2003(12).

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