大功率发光二极管LED路灯配光方案

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1、万方数据2009年12月光源与照明2009年第4期大功率发光二极管(LED)路灯配光方案杨光中国科学技术大学国家同步辐射实验室(合肥230029)摘要由于大功率发光二极管(LED)具有发光效率高、使用寿命长、光输出定向性好等特点．因此在道路照明应用中具有得天独厚的优势。通过对大功率白光LED的光输出特性、一次配光和二次配光方式的探讨，按照城市道路照明标准的要求来研究大功率LED路灯的配光方案，对不同的配光方案所具有的特性以及存在的问题，提出了建议。关键词城市道路照明设计标准大功率LED光输fl{特性及配光大功率LE

2、D路灯配光方案0前言当前，以大功率LED为发光光源专门设计的大功率LED路灯层出不穷，其发光效率高(>80lm／W)、使用寿命长(>50000h)、光输出定向性好、显色性能优良(75—80)、可以选择色温以及绿色无污染等特点，不仅比传统的以高压钠灯为光源的道路照明节能30％以上，而且能够按照城市道路照明设计标准的要求，方便灵活地设计出合乎满意要求的、路灯灯光输出，具有很高的光利用效率，已发展成为极具竞争力的第四代优质道路照明光源。1LED路灯的配光方案(1)道路照明对路灯光输出的要求较早时期的大功率LED路灯只是模

3、仿以高压钠灯为主的道路照明灯具的形式，通过利用LED来替代常用的高压钠灯光源，结构非常简单。一般直接选用常规的路灯外壳、结构件及光输出角度较大的功率LED作为发光器件，采用在兼有反光器和散热器功能、背面有散热鳍片的金属平面上将LED简单地等距离排列，并通过LED阵列混联的方式来获得较大的灯功率输出和较强的光输出。由于没有针对LED的出光特点和道路照明标准来进行LED路灯的二次、j次配光设计，因此就如图1所示的那样：路灯的光输出在路面上形成一个圆形光斑，造成在道路方向上的照明角度有限，圆形光斑之间由于没有光的平滑叠加

4、过渡而形成明显的暗区——斑马效应；在道路垂直方向上散落在道路边外丽没有被利用的光较多，无法满足道路照明对路灯光输出特性的要求。图1不能满足道路照明要求的配光效果为了满足对路面亮度和路面照度的要求，路灯的光强输出曲线沿着道路方向必须是“蝙蝠翼”型的，在垂直于道路方向上满足均匀度的要求“1。路灯的光输出配光应该像图2所示，为长方形的均匀光斑，使得绝大部分的光都分布在路面上，尽可能地提高灯光的利用效率，减少不必要的浪费。图2能满足道路照明要求的配光效果(2)LED及LED路灯的配光方案路灯是一种极为重要的功能性照明设备，

5、是为了保障夜间道路交通安全而设置的，其光输出特性必须·17·万方数据2009年12月光源与照明2009年第4期要满足夜间汽车驾驶人员及行人的视觉分辨要求，因此LED路灯的配光方案就是要在道路照明要求的基础上从单个的LED配光着手来进行。1．1LED的光输出特性随着LED技术的快速进步，性能指标有了显著的提高121。特别是作为第四代照明主流的大功率白光LED100承毯80聚60墨4020的性能有了很大的提高。依据使用要求的不同，以单片封装的功率来区分：从1～10w直到上百瓦、几百瓦不等；从LED封装透镜的配光输出光强

6、特性来区分，主要有：朗伯型、侧发光型、蝙蝠翼型、聚光型(准直)等类型，输出的特性曲线如图3所示。郎伯型分布侧发光型分布蝙蝠翼型分布．似‘、。l、l

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11、／L．120。l∞．∞．202060100120。100-60角度／o图3常见的LED光强特性曲线目前，功率型白光LED正在朝着单片大功率的方向发展，但是ffl于芯片散热瓶颈的制约，采用多芯片组合封装的单片超大功率LED的散热相

12、对困难，光效相对较低，几乎功率越大的单片LED相对的光效就越低。在大功率LED路灯的设计中，大功率LED的选择需要考虑一次封装特性、发光效率、安装工艺要求、二次三次配光设计、使用环境、散热条件、与驱动控制器的输冉特性配合等诸多问题，因此综合以上多种因素，以及实际的应用，路灯中选择LED的主流趋势是：单个LED的功率在1瓦至数瓦左右、显色性好、色温一致、光效90一100lm／W的优质产品为设计的最佳选择。在路灯的功率上，通过多颗阵列混联的方式来得要求的总的发光功率；在光的输出特性上，朗伯型、蝙蝠翼型和聚光型应用较多，

13、但是一般都不能直接应用到路灯中去，必须通过再次的配光设计来获得满足道路照明要求的灯光输出特性。1．2LED的配光方案(DLED的一次配光方案在功率型LED的制造过程中，为了提高光效率、减少光输出损失和改变光输出特性，封装时均采用透镜工艺。由此町以考虑将LED的封装透镜工艺与道路照明需要的光输出特性相结合来形成大功率LED的一次配光方案。通过特殊设计的透镜，可