LED照明應(yīng)用于道路燈具中遇到的問題

LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域，是目前我國乃至世界照明界的熱門話題，通過從業(yè)人員的不斷努力，目前照明用白光LED在通常的照明工作條件下的系統(tǒng)效率（包括驅(qū)動電路），已達到40lm/w，再加上照明用LED制造成本的大幅下降，所以照明用白光LED已具備應(yīng)用到一些照明領(lǐng)域的商用條件。

但是，由于我國從計劃經(jīng)濟時代以來很多年的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分布所造成的局面，使得目前制造照明LED的產(chǎn)業(yè)群體往往缺乏對照明電器基本知識和要求的了解，而傳統(tǒng)的照明燈具生產(chǎn)群體也往往缺乏對照明用LED特性的深入了解，在設(shè)計和應(yīng)用中沒有充分地利用LED的特點，進行揚長避短的使用，所以造成了在照明LED應(yīng)用到照明裝置中時，產(chǎn)生很多不合理的錯誤設(shè)計。

本文就目前照明用LED應(yīng)用于道路燈具中的一些主要問題，提出如下的見解。

一、照明用LED在道路燈具中使用的特長

1. 普通道路照明燈具的現(xiàn)狀和缺陷

目前道路燈具中普遍采用的光源是高壓鈉燈或金屬齒化物燈，這兩種光源的最大特點是，發(fā)光的電弧管尺寸小，由尺寸很小的電弧管產(chǎn)生很大的光輸出，并且具有很高的光效，前者包括配套電器，可達110 lm/w，后者包括配套電器可達80 lm/w。但這類光源應(yīng)用在道路燈具中時，只有40%左右的光是直接透過玻璃罩到達路面的，其他的光是通過燈具反射器再投射出燈具的，目前普遍采用此類光源的傳統(tǒng)燈具基本都存在兩個不足。

一是燈具直接照射的方向上照度很高，在次干道上可達50 lx以上，這一區(qū)域?qū)儆诿黠@的過度照明，而兩個燈具的光照交叉處的照度僅為燈下照度的40%～20%。

二是此類燈具的反射器的效率一般僅為50%~60%，所以有60%左右的光輸出在燈具內(nèi)，是在損失了40%~30%后再投射到路面上的。 此類燈具的總體效率一般都在70%左右（國際著名品牌的此類道路燈具其效率可達到80%），并且上述的過度照明區(qū)域中過多的照度也屬于浪費。

此類燈具的總體效率一般都在70%左右（只有國際著名品牌的此類道路燈具其效率可達到80%），并且上述的過度照明區(qū)域中過多的照度也屬于浪費。綜合分析上述傳統(tǒng)的道路燈具其綜合的有效照明效率（扣除過度照明部分）僅為50%。也因為上述原因，目前我國次干道的照明效果（路面照度和照度的均勻度）基本都達不到CJJ45-2006和CIE31以及CIE115標準的要求。

2.目前采用LED光源的道路燈具的配光現(xiàn)狀

目前LED在道路燈具中使用的最普遍形式主要有兩類，一類是采用傳統(tǒng)的道路燈具外殼，只是在燈具內(nèi)，在一個幾乎是平板的安裝面（也是反光面）上，裝上了矩陣式的LED，這種設(shè)計方式是不可能得到良好的燈具配光的。

另一類是把多個LED集成在一個圓形的區(qū)域內(nèi)（區(qū)域直徑大約為30mm~40mm），使這一小區(qū)域的光輸出密度接近高強度氣體放電燈，再利用燈具反射器進行配光，但這種設(shè)計方式的燈具分布光度也不會優(yōu)于傳統(tǒng)的道路燈具，并且由于在一個很小的區(qū)域內(nèi)集成了高密度的LED，使LED的散熱情況明顯不良，不僅影響到LED的發(fā)光效率，而且也往往影響到LED的使用壽命。

3.照明用LED的特長及應(yīng)用

目前照明用LED的最大特點是具有定向發(fā)射光的功能，因為目前功率型LED幾乎都裝有反射器，并且這種反射器的效率都明顯高于燈具的反射器效率。另外，LED的光效檢測時已經(jīng)包括了自身反射器的效率。采用LED的道路燈具應(yīng)盡可能地利用LED的定向發(fā)射光的特性，使道路燈具中的各個LED分別直接把光線射向被照路面的各個區(qū)域，再利用燈具反射器的輔助配光，來實現(xiàn)很合理的道路燈具的綜合配光。

應(yīng)該說，道路燈具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115標準的照度和照度均勻度要求，燈具內(nèi)應(yīng)包含三次配光的功能才能比較好地實現(xiàn)。，而帶反射器的并且具有合理的光束輸出角度的LED本身就具有良好的一次配光功能。

在燈具內(nèi)，能按照路燈具高度及路面寬度設(shè)計各個LED的安裝位置和發(fā)射光的方向就能實現(xiàn)良好的二次配光功能。在此類燈具中的反射器，只作為輔助的三次配光手段，來保證道路照度更好的均勻度。

目前各級政府都大力推行節(jié)能減排，在室內(nèi)照明中，已經(jīng)強制執(zhí)行照明功率密度（LPD）的限值。我國的道路照明節(jié)能認證的技術(shù)標準《道路照明燈具節(jié)能認證技術(shù)要求》將在明年初完成，該技術(shù)要求提出了道路照明功率密度（LPD）的考核要求，其核心部分是在滿足道路路面的照度和照度均勻度的前提下盡可能地降低照明功率密度（單位：W/m2），從而達到節(jié)能的目的。

上述采用LED的道路燈具的設(shè)計思路正是迎合了《道路照明燈具節(jié)能認證技術(shù)要求》考核要求。目前加拿大政府已經(jīng)按道路照明功率密度（LPD）的要求，推行其道路照明節(jié)能工作，估計在不遠的將來會有更多的國家按LPD的要求推行其道路照明節(jié)能工作。

在實際的道路照明燈具的設(shè)計中，可采用在基本設(shè)定每一個LED設(shè)射方向的前提下，把每一個LED用球形萬向節(jié)固定在燈具上，當燈具使用于不同的高度和照射寬度時，可通過調(diào)整球形萬向節(jié)使每一個LED的照射方向都達到滿意的結(jié)果。在確定每一個LED的功率、光束輸出角度時，可根據(jù)E（lx）=I（cd）/D（m）2 （光強和照度距離平方反比定律），分別計算出各LED在基本選定光束輸出角度時應(yīng)該具備的功率，并且可以通過調(diào)整各LED的功率以及LED驅(qū)動電路輸出給每一個LED不同的功率來使每一個LED的光輸出都達到預(yù)計值。這些調(diào)整手段都是采用LED光源的道路燈具所特有的，充分利用這些特點就能實現(xiàn)在滿足道路路面的照度和照度均勻度的前提下降低照明功率密度，達到節(jié)能的目的。

結(jié)論語

LED作為一種新穎的固體光源，具有生產(chǎn)過程及產(chǎn)品幾乎無污染，不怕震動，可實現(xiàn)0~100%的連續(xù)調(diào)光，可在特低電壓下工作，可連續(xù)工作于開關(guān)、閃斷的工作狀態(tài)以及其輸出光具有定向性等諸多的獨特優(yōu)勢，近年來在其光效和光色上的明顯進步已使它能進入商業(yè)化應(yīng)用，但是在設(shè)計使用時一定要充分關(guān)注LED的特點，進行揚長避短的應(yīng)用，才能取得預(yù)期的良好效果。

目前的LED應(yīng)用在道路燈具中，應(yīng)充分發(fā)揮其具有定向光輸出的功能，利用每一單個LED特定光束輸出角度和不同的光強輸出以及安裝方向的合理設(shè)計和燈具反射器的作用，實現(xiàn)三次配光，最大限度地利用LED的直射光和定向性來保持LED發(fā)射光的充分利用，保持道路照明的均勻性，以此來防止局部區(qū)域的過度照明，彌補自身發(fā)光效率的不足，使系統(tǒng)效率得到可觀的提高，在次干道上可取得在照度滿足標準要求的前提下，其單位面積的照明能耗比采用高壓鈉燈的燈具節(jié)能約30%的成績。但LED就現(xiàn)在的能效水平以及輸出光強水平，作為商業(yè)應(yīng)用在主干道路作為主照明，尚有不少差距。 另外，采用LED作為光源的道路燈具，在設(shè)計時應(yīng)在滿足IP防護的前提下，保證散熱的可靠和持續(xù)有效，LED驅(qū)動電路應(yīng)具有高效率且完善的EMI和EMS的防護特性。具備這些特點的LED道路燈具不僅照明功率密度（LPD）指標好，而且具有輸出光無頻閃的優(yōu)點，這對于運動物的照明是十分有益的。