1、散熱及防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)光通量(流明)和輻射通量(瓦)的當(dāng)量關(guān)系，1W的輻射通量在最理想的情況下(黑體輻射)可以產(chǎn)生683 lm的光通量。所以，即使LED的光效在不斷提高(已達(dá)到120 lm/W以上)，也不能將全部能量轉(zhuǎn)化為光能輸出，而其余的都轉(zhuǎn)化成了熱能。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，LED燈具的散熱問(wèn)題將是一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。LED路燈的散熱是需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一，不僅直接關(guān)系到LED實(shí)際工作時(shí)的發(fā)光效率，而且由于LED路燈亮度要求高、發(fā)熱量大，并且戶外使用環(huán)境比較苛刻，如果散熱不好會(huì)直接導(dǎo)致LED快速老化，穩(wěn)定性降低。在戶外使用的道路燈具，還應(yīng)具有一定等級(jí)的防塵防水功能(IP)，良好的IP防護(hù)往往會(huì)妨礙LED的散熱。解決這個(gè)相互矛盾但又都得解決的兩個(gè)問(wèn)題是道路燈具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注的一個(gè)重要方面。

在我國(guó)絕大多數(shù)道路燈具的使用場(chǎng)合，空中的飛塵量是較大的，有時(shí)會(huì)達(dá)到很大(例如起沙塵暴)，這類燈具在一般條件下使用一段時(shí)間后(約三個(gè)月至半年)，其內(nèi)部散熱器的縫隙內(nèi)就會(huì)塞滿灰塵，使散熱器效果大打折扣，最后還會(huì)使LED因工作溫度過(guò)高而使用壽命明顯縮短。

要兼顧道路燈具中LED的散熱及IP防護(hù)，較合理的設(shè)計(jì)理念是：

a、在關(guān)鍵的散熱位置，采用導(dǎo)熱板。導(dǎo)熱板是在金屬板的內(nèi)部，均布有供冷媒流動(dòng)的細(xì)導(dǎo)管，并在細(xì)導(dǎo)管內(nèi)充有冷媒，當(dāng)導(dǎo)熱板的某一部位受熱時(shí)，細(xì)導(dǎo)管內(nèi)的冷媒會(huì)快速流動(dòng)而使熱量迅速地傳導(dǎo)。好的導(dǎo)熱板的熱傳導(dǎo)系數(shù)可以達(dá)到同厚度銅材板的8~12倍，雖說(shuō)價(jià)格較高，但如在關(guān)鍵部位使用，對(duì)LED的散熱將起到事半功倍的作用。

b、把燈具的外殼設(shè)計(jì)成散熱器狀。目前大部分的道路燈具外殼是鋁材的，直接利用燈具外殼外面作為散熱器既可以保證IP防護(hù)等級(jí)的要求，也可以得到很大的散熱面積，另外，燈具外殼組成的散熱器在有落塵時(shí)，可以通過(guò)自然的風(fēng)雨而沖洗，從而可保證散熱器工作的持續(xù)有效性。

2、恒流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

LED路燈的電源系統(tǒng)也與傳統(tǒng)光源不同，LED所特需的恒流驅(qū)動(dòng)電源，是保證其正常工作的一大基石，簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)電源的方案常會(huì)帶來(lái)LED器件的損傷。如何使緊密壓縮在一起的一組LED安全、可靠地工作也是考察LED路燈的一個(gè)指標(biāo)。

LED對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求是能保證恒流輸出的特性，因?yàn)長(zhǎng)ED正向工作時(shí)結(jié)電壓相對(duì)變化區(qū)域很小，所以保證了LED驅(qū)動(dòng)電流的恒定也就基本保證了LED輸出功率的恒定。對(duì)于我國(guó)電源電壓供應(yīng)不穩(wěn)定的現(xiàn)狀，道路燈具LED的驅(qū)動(dòng)電路具有恒流輸出特性是十分必要的，可保證光輸出恒定并且防止LED的超功率運(yùn)行。

要想使LED驅(qū)動(dòng)電路呈現(xiàn)恒流特性，從驅(qū)動(dòng)電路的輸出端向內(nèi)看，其輸出內(nèi)阻抗一定是高的。工作時(shí)，負(fù)載電流也同樣通過(guò)這一輸出內(nèi)阻抗，如果驅(qū)動(dòng)電路由降壓、整流濾波后加直流恒流源電路或通用的開(kāi)關(guān)電源加電阻電路組成，在其上必定也消耗很大的有功功率，所以此兩類驅(qū)動(dòng)電路在基本滿足恒流輸出的前提下，效率是不可能高的。正確的設(shè)計(jì)方案是采用有源電子開(kāi)關(guān)電路或采用高頻電流來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，采用上述兩種方案可以使驅(qū)動(dòng)電路在保持良好的恒流輸出特性的前提下，仍具有很高的轉(zhuǎn)換效率。

3、二次配光光學(xué)設(shè)計(jì)

二次光學(xué)設(shè)計(jì)是決定LED路燈的配光曲線、輸出光效、均勻度、以及眩光指數(shù)的一項(xiàng)重要技術(shù)。在二次光學(xué)設(shè)計(jì)方面，LED的輻射形式有朗伯型、側(cè)射型、蝙蝠翼型和聚光型幾種。在道路照明領(lǐng)域，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過(guò)二次光學(xué)設(shè)計(jì)，使得LED的光照范圍、光度曲線符合道路照明的需求。

目前LED在道路燈具中使用的最普遍形式主要是在燈具內(nèi)，在一個(gè)幾乎是平板的安裝面(也是反光面)上，裝上了矩陣式的LED，這種設(shè)計(jì)方式是不可能得到良好的燈具配光的。

照明用LED的最大特點(diǎn)是具有定向發(fā)射光的功能，因?yàn)槟壳肮β市蚅ED幾乎都裝有反射器，并且這種反射器的效率都明顯高于燈具的反射器效率。另外，LED的光效檢測(cè)時(shí)已經(jīng)包括了自身反射器的效率。采用LED的道路燈具應(yīng)盡可能地利用LED的定向發(fā)射光的特性，使道路燈具中的各個(gè)LED分別直接把光線射向被照路面的各個(gè)區(qū)域，再利用燈具反射器的輔助配光，來(lái)實(shí)現(xiàn)很合理的道路燈具的綜合配光。

綜上討論，在實(shí)際的道路照明燈具的設(shè)計(jì)中，可采用在基本設(shè)定每一個(gè)LED設(shè)射方向的前提下，把每一個(gè)LED用球形萬(wàn)向節(jié)固定在燈具上，當(dāng)燈具使用于不同的高度和照射寬度時(shí)，可通過(guò)調(diào)整球形萬(wàn)向節(jié)使每一個(gè)LED的照射方向都達(dá)到滿意的結(jié)果。在確定每一個(gè)LED的功率、光束輸出角度時(shí)，可根據(jù)E(lx)=I(cd)/D(m)2(光強(qiáng)和照度距離平方反比定律)，分別計(jì)算出各LED在基本選定光束輸出角度時(shí)應(yīng)該具備的功率，并且可以通過(guò)調(diào)整各LED的功率以及LED驅(qū)動(dòng)電路輸出給每一個(gè)LED不同的功率來(lái)使每一個(gè)LED的光輸出都達(dá)到預(yù)計(jì)值。這些調(diào)整手段都是采用LED光源的道路燈具所特有的，充分利用這些特點(diǎn)就能實(shí)現(xiàn)在滿足道路路面的照度和照度均勻度的前提下降低照明功率密度,達(dá)到節(jié)能的目的。