摘要：LED作為一種綠色光源在城市道路照明中受到人們越來越多的關注，但目前的LED路燈在散熱、重量、維護等方面還存在著一定的缺陷。本文簡單介紹了LED及其在城市照明中的應用，通過分析當前國內(nèi)LED路燈中存在的缺陷，對LED路燈設計中的創(chuàng)新策略進行了探討。

關鍵詞：LED路燈；設計；創(chuàng)新

隨著半導體技術的發(fā)展，LED以其能耗低、發(fā)光效率高、體積小等優(yōu)點逐漸引起人們的重視，并被應用于路燈燈具中，為城市照明技術的發(fā)展做出了重要的貢獻，而隨著社會的發(fā)展，人們對于照明質量的要求也越來越高，照明設施設計中不僅僅要考慮亮度，還要考慮照明色彩、造型、質感等，因此，也就需要對LED路燈設計進行不斷的創(chuàng)新和改進，以提高城市照明質量。

1 LED及其在照明中的應用

LED（LightEmitting Diode）也即是發(fā)光二極管，是由鎵（Ga）、砷（AS）、磷（P）的化合物制成的一種可發(fā)光的半導體電子元件，其最早只能發(fā)出低光度的白光，隨著技術的發(fā)展和研究的不斷深入，目前的發(fā)光二極管已可以發(fā)出包括紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各種可見光及紅外線、紫外線等在內(nèi)的多種光，其種類也十分繁多，有普通單色發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管、超高亮度發(fā)光二極管、紅外線發(fā)光二極管、變色發(fā)光二極管等多種，控制模式主要有恒壓控制和恒流控制，目前多數(shù)的LED是采用恒流控制。

照明設施所使用的發(fā)光材料主要有鎢絲、高納絲、汞、混光等，其中利用高納絲的高壓鈉燈燈具有產(chǎn)生光亮大、透霧能力強、耗電少、壽命長，且不誘蟲的優(yōu)點，在目前現(xiàn)代城市道路照明設施中的應用十分廣泛，但此類路燈光亮過大，易造成光污染，使人感到煩躁，且浪費資源，而LED具有工作電壓低、電流小、響應時間極短，抗沖和抗震性能高、壽命長，對環(huán)境無污染，適用性強，可發(fā)出多種光等多個優(yōu)點，且可通過調節(jié)電流強弱來方便地調節(jié)燈的亮度，幾乎不需要維護，被稱為綠色光源或、第四代照明光源，在大力發(fā)展綠色能源的當前有著十分顯見的應用價值。

2 國內(nèi)LED路燈存在的缺陷

LED路燈比起傳統(tǒng)路燈在技術上的絕對優(yōu)勢使得在道路照明上的應用越來越廣泛，目前國內(nèi)外均已有大量的產(chǎn)品問世并被應用于實際中，較好地提高了城市照明質量，但在實踐中，LED路燈在散熱、配光、驅動器壽命及維修等方面還存在著一定的缺陷。

以發(fā)光二極管作為光源的燈具，其能量約有80%～90%可轉化為熱量，如果這些熱量不能及時散去，就會使得管芯溫度升高，加速發(fā)光二極管光衰，影響色溫質量，同時還會導致燈具壽命縮短。

目前路燈的輸入多采用的是120V或230V的交流電源，熒光燈燈管或高壓放電燈發(fā)光元件數(shù)目少，電路簡單，可選的交流電源運行鎮(zhèn)流器的范圍較廣，但由于LED大多數(shù)的功率都只有0.5W～5W，要想使燈具的亮度達到路燈的要求，就需要使用100個或更多個1W的LED，發(fā)光元件數(shù)目大，又加之LED動態(tài)電阻分次非常小，如果直接將LED連接到交流電源，其會發(fā)出很亮的光，但會很快失效，而作為路燈其使用壽命是產(chǎn)品主要考慮的性能之一，因此，為了保證燈的使用壽命，與之相配套的用以將離線電壓轉換為受控直流電流的驅動器也需要有較長的使用壽命。

當前的LED路燈多采用的是燈殼與光源粘接為一體密封于玻璃內(nèi)的一體化集成式設計，使得路燈的維護十分困難，難以進行現(xiàn)場更換而需要由專業(yè)維修人員整體替換或是返廠維修，維修成本高。

另外，LED多為圓形，而路燈配光要求為橢圓形，配光曲線難以設計，目前LED路燈也通常只是取代了傳統(tǒng)的燈泡，而沒有將其色彩特性發(fā)揮出來。

3 LED路燈創(chuàng)新設計

根據(jù)以上對目前國內(nèi)LED路燈使用中的不足，LED路燈創(chuàng)新設計策略主要是采用模塊化的設計來解決LED路燈在重量、散熱、維護、壽命等方面的問題。

3.1 模塊化設計思路

LED路燈模塊化的設計即是若干個發(fā)光二極管光源做成一個配光、散熱、防塵、防水等結構一體化的模組，由若干個光源模組與燈具基座、驅動器共同構成一個整體的LED燈具，改變以往所有光源都安裝在一個燈具內(nèi)的模式，其具體結構如下圖1所示。

圖1 LED路燈模塊化結構示意圖

在此結構中，光源模組是核心部分，可放置在燈具內(nèi)，也可以分離放在燈桿下，采用兩個接口，分別將光源模組與驅動器和燈具底座連接，與燈具底座連接的結構可采用方形或條形等統(tǒng)一的標準，采用螺釘、卡口或是彈簧扣進行固定，這樣在需要維修的時候，哪一部分損壞即可只維修更換相應的部分，而不需要對燈具進行整體的維修，操作簡單且能很好地節(jié)約維修成本。

3.2 光源模組設計策略

光源模組是燈具的核心，也是設計中的關鍵部分，在散熱方面，可采用在原來的散熱裝置上加裝一個蓄熱裝置，利用熱傳導原理和致冷介質快速熱傳遞性質來解決散熱的問題；通常采用密封圈加螺絲即可達到規(guī)定的IP等級，而在配光設計中，可采用常規(guī)二次光學透鏡、三次光學設計的光熱一體化方案或是采用一體化光學透鏡，在此設計中，借助的依舊是傳統(tǒng)的三次光學設計的思路，但將以往設計中獨立的反射器與光源模組的結構融合在了一起，光源模組內(nèi)腔按照反射器形狀設計，鍍上反射膜，散熱片分布于反射器的周圍，從而使光源模組成為一個光熱一體的結構。

3.3 內(nèi)表面配光透鏡設計

目前路燈燈具內(nèi)的透鏡多為外表面配光，在采用一體化透鏡時，將其加工為一個整體后易出現(xiàn)表面凸凹不平的現(xiàn)象，即會影響路燈的發(fā)光效率也不利于維護，而如果采用內(nèi)表面配光透鏡，則可以保證透鏡外表面的光滑，使維護更加方便。

通常一個發(fā)光二極管從透鏡射出的光線有內(nèi)表面調制光和大角度全反射光兩部分，而全反射光所占的比例十分小，只需要對透鏡側面進行合理的設計，即可保證大角度光線的全反射。同時透鏡的外表面為平面，也更容易連接成一個整體，且配光基本不受外平面厚度的影響，結構設計也更為容易。

4 結語

本文通過對國內(nèi)當前LED路燈中存在的不足的分析，提出了一種模塊化的設計方案，并在模塊化設計思路下創(chuàng)新設計了一種內(nèi)表面配光透鏡的光學模組，可較好地減輕LED路燈重量，使LED路燈的維護更為方便，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)可提高其散熱性能，可為LED路燈的設計提供一種新思路。

參考文獻：

[1] 韓珮.城市中的路燈藝術——以LED新型光源在照明中的應用為例[J].大眾文藝：學術版，2011（4）.

[2] 王燕，崔勇，劉蘊青.新型LED路燈的散熱——蓄熱裝置的設計[J].化學工程與裝備，2012（9）.