大功率LED路灯的配光方案.doc

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1、大功率LED路灯的配光方案1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。2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路灯只是模仿以高压

2、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、三次配光设计，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过渡而形成明显的暗区—

3、—斑马效应；在道路垂直方向上散落在道路边外而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。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。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。（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，是为了保障夜间道路交通安全而设置的，其光输出特性必须要满足夜间汽车驾驶人员及行人的视觉分辨要求，因此LED

4、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，性能指标有了显着的提高。特别是作为第四代照明主流的大功率白光LED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。目前，功率型白光LED正在朝着单片大功率的方向发展，但是由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

5、的散热相对困难，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、与驱动控制器的输出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90~100lm/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，但是一

6、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①LED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。由此可以考虑将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，可以直接获得需要的光输出特性，并由此来叠加合成大功率LED路灯总的光输出，使其满足道路照明的要求。●斜射矩形透镜封装的LED配光采用斜射矩形透镜封装配光的原理及光输出模拟（参见图4）。

7、主要研究结论是：特别设计的LED封装透镜为顶部倒圆角的矩形，矩形面呈圆弧状，与水平面保持一定的设计角度，使得其对LED芯片的光输出方向发生可控的改变。按照通常的路灯安装原则，灯距约为灯高的3倍。通过计算，灯的光输出角在C0/C180方向上约为140°，在C90/C270方向上约为80°，仰角约为10°，可以获得满意的道路光照效果。●双头透镜封装的LED配光采用双头形透镜的一次配光原理（见图5）具体的设计思路是：为了将LED的光输出特性改造为满足道路照明要求的蝙蝠翼形，可以将常规的LED一次封装透镜设计成特殊的双头型形式。这样，通

8、过路灯的再次配光设计就能够得到满足道路照明要求的效果。②LED的二次配光方案在现有的大功率LED上再次采用透镜及反光器配光，就是LED的二次配光方案，也是一种最常用的光的再分配形式，具有设计灵活、应用简单，可以根据具体的道路要求来获得满意效果的LED路灯的配光输