大功率白光led路灯照明系统模拟设计

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1、大功率白光LED路灯照明系统模拟设计来源:大比特半导体器件网1引言路灯是城市户外照明中重要的一支，目前，路灯光源一般都采用高压钠灯或金卤灯，功率都为几百瓦或以上，耗电程度较大，寿命不长，维修工作量较大。发光二极管(LED)是一种半导体发光固体器件，它具有工作电压低、体积小、可靠性高、寿命长、转换效率高和环保等优点，作为一种“绿色光源”，其在路灯照明系统上的运用将一改传统路灯的各种缺点，是未来照明领域发展的趋势。如今，将白光LED运用在如路灯照明系统等户外照明上的实例较少，因此，研制开发一种节能型大功率LED路灯系统极具市场价值。为避免实际开发的盲目性，降低开发成本，进行模型模拟设

2、计很有必要，能为接下来大功率LED路灯的实际开发提供指导性的理论基础。2设计要求及思路结合实际情况，对大功率LED路灯系统的设计提出以下设计要求：如图1所示，系统总功率低于150W，路灯安装高度h=8m，垂直路面(O点处附近区域)最高照度达15lx以上，距路灯安装处的路面横向距离s=15m处(P点处小区域)照度达3lx以上，距路灯安装处的路面纵向距离r=10m处(Q点处小区域)照度达3lx以上。大功率白光LED路灯照明系统模拟设计图1路灯结构图把LED作为光源应用于照明领域，一般将多个LED以一定的形状阵列排布，对每个LED到达目标平面的光线叠加可以得到目标平面的光照度分布。所需

3、阵列LED数量决定于整个系统的总功率限制、目标面的光照度要求及照明光学系统的空间光强分布要求。考虑到成本和节能，在达到照明要求的前提下希望尽量减少LED的数量，这就涉及到LED阵列的合理排布，包括选取LED间隔尺寸及确定LED的出光角度。3系统模拟设计3.1单颗LED建模选择1W大功率贴片LED为光源，按1∶1比例构建其模拟模型。模型由LED发光芯片、外环氧树脂封装、底座三部分组成。LED发光芯片的一面设为光强有角度分布的发光面，总光通量设为55lm，外环氧树脂折射率为1.55。实验证明，LED发光芯片的位置放置决定着模型的出射光线的角分布特征。经多次调整，基本达到了样品LED的

4、角分布参数，最终模型如图2所示。图2单颗LED模拟模型(左)及其光线模拟图(右)3.2光照均匀度模拟LED间的间距选择在很大程度上影响路面光照度的均匀性及照明系统的照明效果。合理选择LED间距可避免设计的盲目性，模型如图3所示。以两个LED组合为例，模拟不同间距下的光照度分布得出：随着LED间距的增大，参考平面中心的照度缓慢下降，间距d为90mm时，照度分布曲线变平坦(如图4所示)，两LED之间区域的光照度均匀性较好。在对多LED进行阵列分布设计时，出于光照度均匀性的考虑，尽量要做到LED间的间距不超过90mm。大功率白光LED路灯照明系统模拟设计图3两个LED模拟模型大功率白光

5、LED路灯照明系统模拟设计图4LED间距d=90mm时的照度图3.3路灯LED阵列方案设计路灯系统安装时的仰角θ和悬挑长度d选定为目前普通路灯的θ和d的取值(θ=15°和d=1.5m)。结合路面照明在纵向的照度要求的设计方案，阵列采用以横向对称结构，由130颗LED组成，左右两边各65颗，每颗LED的光通量为55lm，因此每边的总光能量为3575lm。设计的重点在于使这些光尽量多地投射在有效的目标平面。每边结构由2块底板和3个反光板组成。选定LED间距d=60mm，靠近灯杆的底板1上7列×5颗的LED阵列均匀排布，另一底板2为7列×5颗均匀排布;θ=0°时底板1和2与路面夹角分别

6、为65°和60°。两底板两侧配装两个与板垂直的反光板，伸出长度均为300mm。底板2左侧再附上一块当θ=0°时与路面成120°，长700mm的反光板。系统外观如图5所示。大功率白光LED路灯照明系统模拟设计图5系统左右边结构外观图4系统模拟分析设定每颗LED的出光光线为20000，8m远处20m×32m区域的照度分布如图6所示。显然，图6对应于图2-1中O，P和Q点处的照度要求都达到了预期设计目的。为便进一步分析，在图7中勾勒出3lx以上点的区域。在(-15000，10000)小区域内，即离灯的最远端为照明区域的最暗区，照度在3lx以下。这其实并无影响，因为实际应用中并非只有一盏

7、灯工作。对要求最苛刻的一种交错排列安装路灯排列方式进行分析，选择两个路灯系统相邻的各一边结构进行路面照度模拟，结果如图8。同样勾勒出路面上照度>3lx的区域，如图9，效果更加令人满意。大功率白光LED路灯照明系统模拟设计图6路灯系统在路面区域的模拟照度分布图7图6中照度>3lx的区域大功率白光LED路灯照明系统模拟设计图8两个路灯系统交错安装的路面模拟照度分布图9图8中照度>3lx的区域。5总结与分析(1)功率：整个系统由130颗1WLED组成，功率总消耗130W，满足低于150