中國汽車工業(yè)工程有限公司 徐建偉

大功率LED道路照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驅(qū)動電源的研究

中國汽車工業(yè)工程有限公司 徐建偉

LED照明具有技術(shù)要求高、功率大、工作發(fā)熱量高等特點(diǎn)。本文針對大功率LED路燈的推廣與運(yùn)用展開了簡要分析與探究，并明確指出大功率LED路燈設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)；即配光設(shè)計(jì)、散熱結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電路研究，以及大功率LED路燈照明設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和未來的發(fā)展趨勢。

驅(qū)動電源；大功率LED；道路照明設(shè)計(jì)

0 引言

LED節(jié)能燈作為LED通用照明的一種，它具有成本低、發(fā)光面積大、光效高、無重影的特點(diǎn)，被廣泛的運(yùn)用到各個(gè)鄰域中，在城市道路照明中推廣大功率LED路燈是未來發(fā)展趨勢，然而在道路照明設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)還需要牢牢地掌握。其中，染光源具有其特有的發(fā)光照明特性，在現(xiàn)代照明應(yīng)用中發(fā)揮著革命性的作用。作為LED照明產(chǎn)業(yè)鏈中最為核心的零部件之一；對LED驅(qū)動電源的驅(qū)動控制技術(shù)所存在的可靠性低、成本高等典型問題一直制約著LED照明的發(fā)展。對于多路LED驅(qū)動電源技術(shù)的開發(fā)與可靠性研究是當(dāng)前業(yè)界研究的一個(gè)重要課題。

1 大功率LED道路照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1.1 配光設(shè)計(jì)

就道路照明而言，LED路燈的配光設(shè)計(jì)最普遍的，其按照形狀可分為弧形和平面兩種。弧形排列的LED路燈每一個(gè)LED模組不是軸對稱的反光環(huán)，就是全反射透鏡，這就使LED透鏡模組有順序地呈現(xiàn)在一個(gè)弧面上，從而出現(xiàn)長方形配光；與之相反，平面排列的LED路燈所運(yùn)用的自由曲面透鏡并不對稱，它是由獨(dú)立的LED光學(xué)元件呈現(xiàn)長方形配光，燈的整體部分也將上述配光的LED模組在平板上有序呈現(xiàn)出來。所以，在進(jìn)行道路照明燈具設(shè)計(jì)應(yīng)包含以下因素；諸如道路照明明亮性、照明度均勻性、環(huán)境比、眩光要求、道路照明LPD。顯而易見，身為道路照明燈具中的翹楚—LED路燈，上面所提到的要素自然都是必不可少的，與此同時(shí)，配光設(shè)計(jì)也就成了不可或缺的重要部分。為了實(shí)現(xiàn)更盡如人意的配光，首先要把握光強(qiáng)的分布，進(jìn)而要全面分析各方面因素對配光設(shè)計(jì)的制約，例如，燈具安裝的高度數(shù)與路面的寬度數(shù)等。

1.2 散熱結(jié)構(gòu)

LED路燈要解決的問題不只一個(gè)方面，散熱無疑是主要問題。白熾燈會產(chǎn)生灼熱的高溫，而LED則不然，它是冷光源。另外，就LED自身的屬性來說，正因?yàn)樗蜏?，才能確保芯片始終在安全的溫度環(huán)境下運(yùn)行，我們經(jīng)常講的LED燈壽命比較長的優(yōu)勢就是在這一方面得以體現(xiàn)的。因此，要想既增強(qiáng)LED路燈能效，又降低光衰，還能增加使用壽命，關(guān)鍵是要提高LED路燈的散熱水平。所以在大功率LED道路照明燈設(shè)計(jì)中，科學(xué)合理的運(yùn)用散熱設(shè)計(jì)是有必要的。

2 大功率LED道路照明驅(qū)動電源的研究

大功率LED道路照明運(yùn)用中所需要的驅(qū)動電源是直流低電壓式，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電源配置并不能對它進(jìn)行直接驅(qū)動，所以，在實(shí)際應(yīng)用中要對普通的穩(wěn)壓電源和降壓進(jìn)行改良。在驅(qū)動電源中必須滿足恒流輸出效率、過流、過壓、散熱、過溫保護(hù)、功率因數(shù)等諸多要素；由于各種不同規(guī)格的LED電源性能和轉(zhuǎn)換效率都不一樣，所以一定要選擇合適高效的LED專用電源，才能真正的做到LED光源具備高效能其獨(dú)特性的目的?？偠灾?，大功率LED電源在實(shí)際工作中的穩(wěn)定性、節(jié)能性、使用壽命的長短都起著至關(guān)重要的作用。按照LED電源驅(qū)動方式可以分為兩大類，即穩(wěn)壓式電源和恒流式電源。

2.1 LED穩(wěn)壓式電源

2．1．1 電路構(gòu)成與工作原理

穩(wěn)壓式電源電路構(gòu)成及工作原理如圖1所示

圖1 穩(wěn)壓式電源電路

2．1．2 優(yōu)缺點(diǎn)比較

優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)能耗小、體積小、重量輕、效率高、穩(wěn)壓范圍廣、不怕負(fù)載開路控制電路比較復(fù)雜、對元器件要求高、亮度不穩(wěn)定

在穩(wěn)壓式電源電路構(gòu)成中使用了大功率的晶體管開關(guān)，這種開關(guān)的轉(zhuǎn)換速度相當(dāng)?shù)目?，迅速可以恢?fù)二極管和高頻變壓器；使大功率晶體管開關(guān)的功耗降到最小，對電源的使用效率可以大大地提升。因?yàn)樵谶@個(gè)電路構(gòu)成中沒有使用較為笨重的工頻變壓器、晶體管開關(guān)的功耗又很小、去掉了較大的散熱片；所以，電源的體積就會縮小、重量也會隨著減輕。因此，在電路電壓輸出的過程中由激勵(lì)信號的占空比來進(jìn)行調(diào)節(jié)，工頻輸入信號電壓的變化可以通過脈沖調(diào)節(jié)來進(jìn)行補(bǔ)償，所以在電網(wǎng)電壓發(fā)生較大變化時(shí)仍然可以保證輸出電壓的穩(wěn)定性能。

圖2 恒流式電源電路

2.2 LED恒流式電源

2．2．1 電路構(gòu)成與工作原理

恒流式電源電路構(gòu)成如圖2所示。該恒流驅(qū)動電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化。

2．2．2 優(yōu)缺點(diǎn)比較