LED路灯设计Word格式.docx
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路上的导流交通岛，需要便于驾驶员识别，所以增加其外表亮度，使能逆轮廓识别。
当物体向着视线的一侧亮度较大时，驾驶员只能识别该侧外表细部。
要提高驾驶员对细部的识别能力，可通过道路照明增大物体外表亮度或使亮度变化。
城市道路是城市的动脉。
主照明为路灯，满足行人、车辆夜间行动。
庭园灯、景观灯与路灯形成立体的照明模式，增强道路装饰效果，美化城市夜景，也可弥补路灯照度的缺乏。
照明质量标准通常用规定的路面平均照度和均匀度两个指标。
前者的单位是勒克斯，即每一平方米水平照射面积上，均匀分布一流明的光通量。
后者是最小水平照度与平均水平照度的比值。
实际上，路面的亮度分布与照度分布有相当大的差异。
采用路面照度作为道路照明指标不能给出视感条件的真实情况。
因此，国际照明委员会建议道路照明的质量用路面亮度、均匀度、眩光和诱导性四个指标衡量。
亮度是道路外表单位面积上反射出的光量，用cd/m2作单位。
均匀度是路面上亮度分布的均匀程度。
影响驾驶员视觉舒适感的均匀度等于行车线上路面最小亮度与平均亮度之比。
即使平均亮度较高，但亮度分布不均匀的路面，在明暗相差很大的地方,障碍也难以发现。
眩光是强光直射驾驶员的眼睛,使眼睛不舒适，产生视觉障碍，看不清物体的现象。
眩光使眼睛不舒适的程度用表示主观感觉的眩光指数G评定。
国际照明委员会推荐：
G＝1，无法忍受；
G＝3，有干扰；
G＝5,允许的极限;
G＝7,比拟满意；
G＝9,无影响。
眩光与光源的亮度、视线与光源的夹角、路面平均亮度等因素有关。
诱导性是用照明告知驾驶员有关前方道路线形、起伏、交叉、车流分合的有关信息。
国际照明委员会建议，城市干道、高速公路的路面亮度取2cd/m2,纵向均匀度取0.7,G＝6。
日本已采用路面亮度作为道路照明指标。
美国等多数国家仍用照度作道路照明标准。
照度和亮度可以互相换算。
路面P点的亮度等于该点的照度乘该点的亮度系数。
照明器及其布置目前，道路照明用的照明器有高压钠灯、低压钠灯、无极灯、金卤灯、荧光灯等。
白炽灯、高压汞灯、低压钠灯由于光源性能缺陷已逐渐被淘汰。
照明器要合理使用光能，防止眩光。
照明器发出的光线要沿要求的角度照射，落到路面上呈指定的图形，光线分布均匀，路面亮度大，且眩光小。
为减少眩光，可在最大光强上方予以配光控制。
道路照明用的照明器大体可分为截光、半截光和不截光三种类型。
①截光型：
照明器照射到路幅外的光线不超过光源额定流明的10％，控制光线沿路分布，产生的眩光小。
适用于主要街道、干线公路和高速公路。
②半截光型：
照明器照射到路幅外的光线不超过光源额定流明的30％，控制光线沿路分布。
适用于一般等级的街道。
③不截光型：
照明器对最大光强上方的光通量不加限制，眩光大，只适用于周围环境明亮的街道或交通量很少的次要街道。
照明器的射程,由光束的仰角决定,用从照明器到最大光束照射到路面的距离长短区分，可分为短射程、中射程、长射程三种。
根据道路断面形式、宽度、车辆和行人的情况，照明器可采用在道路两侧对称布置、两侧交错布置、一侧布置、分隔岛双叉布置和路中央悬挂布置等形式。
道路交汇区采用高杆照明方式。
一般说来，宽度超过20米的道路、迎宾道路，可考虑两侧对称布置；
道路宽度超过15米的，可考虑两侧交错布置；
较窄的道路可用一侧布置。
在道路交叉口、弯道、坡道、铁路道口、人行横道等特殊地点,一般均布设照明器,以利于驾驶员和行人识别道路情况，其亮度标准也较高。
在隧道内外路段和从城区街道到郊区公路的过渡路段的照明，那么要考虑驾驶员的眼睛对光线变化的适应性。
照明器的功率、安装高度、纵向间距是配光设计的重要参数。
组合好这三个因素，可得到满意的照明效果。
开展趋向今后道路照明的开展方向是注意节约能源，选用发光效率高的光源改装现有道路照明，逐步更换目前大量使用着的小白炽灯。
随着新光源的出现，道路照明器安装高度趋于加高，纵向间距趋于增大。
道路照明是为了使各种车辆的驾驶者在夜间行驶时能辩认出道路上的各种情况，且不感到过分疲劳，以保证行车平安。
道路照明的质量主要表现在以上4个方面：
1.亮度水平。
道路平均亮度按道路等级有不同的亮度要求。
一般快速路和主干道沥青路面都需要2cd/m2以上的亮度要求。
次干道和辅助道路或小区道路要求相对较低。
具体可以参照现行道路照明设计标准。
2.平均照度
平均照度指路面所有照度的平均值，是照明强度单位，一般用Lx来表示。
3.眩光
道路照明应努力在不舒适眩光限制在一定范围内。
一般用G值来表示。
一般情况下，G=7〔G=1将令人无法忍受，俗称光污染〕
4.视觉诱导：
要让驾驶员在一定距离外能立即识别出这条道路的方向，特别是他自己要走的那条路的方向
路照明灯具一般分为3类：
1.截光型。
2.半截光型。
3.非截光型。
前2类适合于城市大多数路面的照明，路面亮度高，照度均匀。
缺点是当灯具点亮后因眩光的影响无法表达出灯具本身的造型。
后者适用于庭院照明，灯型美观，缺点是光源浪费严重且照度不高。
道路灯杆分为很多种，常用的有如下几种：
1.圆锥形灯杆。
2.多边形灯杆
3.直杆
4.方形杆
5.多杆〔双杆，3杆或4杆等〕
正确认识和应用LED路灯
白光LED照明技术已进入快速开展阶段，LED光源在功能性照明领域的应用越来越受到关注。
随着“十城万盏〞工程的推进,LED路灯已成为各方关注的焦点。
许多企业为了抓住商机，抢占市场，竞相开发各种LED路灯来满足用户的需要，甚至一些非相关行业企业也纷纷上马。
但由于各种原因，企业纷纷上马LED工程给行业造成了一定程度的混乱，一些企业的产品还走入了误区，带来很大的负面影响。
根据高压钠灯和LED光源的特点,结合道路照明的要求，就LED路灯的应用作一阐述，本文主要讨论的问题有:
LED路灯的效能、散热、驱动和实际工程的应用、中间视觉等内容。
1、灯具效能
目前用于道路照明的大功率LED光效已到达90-130Lm/W（Tj=25℃），正常使用时的LED光源光效为80-120Lm/W（Tj=60℃）。
此光效超过了功率≤150W的高压钠灯光效（HPS），接近大功率（250W-600W）、高光效高压钠灯（HPSSON-TPLUS120-140Lm/W）。
但由于LED具有定向发光特性，通过光学器件的合理设计，LED路灯的有效光通量明显超过HPS路灯。
1.1高压钠灯效能
按道路照明的特点要求，HPS路灯在光学设计上需要考虑光束保护
角，此角度一般在20°
-30°
（参见图），以控制不舒适眩光的产生，同时由于镇流器的损耗，使得HPS路灯整体效率η在70%左右，（在实际使用中，有的HPS灯具效率超过80%，这使光源在灯具内温度升高，引起管压升高，使光通输出增加，但大大降低了光源寿命，另外尚未计录镇流器损耗）
图一
图二
由于HPS光源和灯具的特性,不同的安装高度、间距、道路宽度使得光通量有效利用率为50%-80%，取其中间值65%（见以下图，取3倍的宽高比）
图三
1.2LED灯具效能
光学部件效率：
0.90
防护罩透射率：
驱动器效率：
0.90
灯具整体效率η=0.90×
0.90×
0.90=72.9%
光通量有效利用率：
80%-90%（参见以下图）
图四
图五
综上所述，HPS路灯的光通有效利用率在65%，有一局部光线溢出，无法利用，特别是朝向屋边的光线，不能准确地控制在照射面上，造成光污染，而LED路灯可以准确控制光线方向，有效利用率在80%以上。
以250W高光效HPS路灯为例，灯具的光通输出为22000流明，实际光通利用量为14300流明，系统功耗270W。
假设利用LED灯具，按系统光效90Lm/W，光通量有效利用率80%计算，系统功耗198W，节能27%。
1.3应用中的不妥之处
（1）注重灯下亮度，无视灯具配光设计，造成中心照度太高，而均匀性不够完善。
既浪费能源，又没有到达理想的效果;
（2）不同配光需求的混淆
路灯布置方式有单侧布灯、两侧交叉布灯、两侧相对布灯、丁字路口布灯、十字路口布灯和弯道布灯等多种形式。
路灯不同的布置方式，其对应的配光要求是不同的。
如果所有的应用场合都使用相同的配光设计，是不恰当的。
（3）过分强调“环境比值SR〞
由于道路等级和照明环境的不同,对路灯的总光通量显然是不同的。
路灯除了照亮行车道外,对辅道要求和周围环境都有一定的照明。
这也是照明标准中提出“环境比值SR〞的原因。
但是“环境比值SR〞用到任何道路就显得不可取。
因为“环境比值SR〞是考虑到行车平安而提出来的,在距离行车道周边一定范围内,有相当的照度水平,以供驾驶人员判别周围事物是否存在行车危险。
目前,我国不少城市道路采用机非隔离或全封闭形式（如高架桥,快速线等）,甚至还专门设置辅道照明灯,如果过分强调单个路灯的“环境比值SR〞而提高灯具光通量,只会增加光污染。
2、LED路灯散热设计
根据光通量（流明）与辐射通量（瓦）以下的当量关系：
Km=683lm/w，也就是说1W的辐通量在最理想的情况下（黑体辐射）可能产生683lm光通量。
由此可见，即使在某一天LED的光效到达200lm/w，也只30%能量转化为光能输出，而其余的都转化为热能。
所以，LED灯具的散热将是一个至始自终要考虑的问题。
目前散热方式主要有：
自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。
加装风扇强制散热方式系统复杂、可靠性低，热管和回路热管散热方式本钱高。
而路灯具有户外夜间使用、散热面位于侧上面以及体型受限制较小等有利于空气自然对流散热的优点，所以LED路灯建议尽可能选择自然对流散热方式。
有一个问题值得注意：
众多厂家的产品考虑了各种各样的散热措施，却忽略了各个连接界面如何降低热阻的工艺和手段，对使用的材料综合性能了解不够，如长时间在高温下工作是否容易老化、发脆等，造成产品潜在缺陷。
3、驱动电路
LED驱动电路各式各样，用于路灯的LED电路要充分考虑功率因素和交直流转化效率，这样才能真正发挥节约用电的效果。
在符合户外恶劣条件下能正常工作的驱动器，当功率大于100W以上时，高效率是非常必要的，否那么，器件产生的热量将严重影响驱动器寿命。
目前相当一局部LED路灯的标称功率和实际输入端功率相差甚大（超过10%），对最终用户造成经济损失。
4、工程应用
传统路灯由于灯具选型、工程安装、设计不合理，照明标准选择不当，造成了大量的光污染和浪费，如果LED路灯的实际应用和设计条件不相符，这一现象将更为突出。
所以企业必需正确引导客户使用LED灯具。
5、中间视觉
道路照明的条件符合中间视觉研究的范畴。
在道路照明的开展中，存在着黄光和白光的使用比拟。
黄光有着优异的透雾性能，但也有着其先天缺乏：
那就是色彩复原能力差。
人们有这样的感觉，在钠灯光下，任何被照物的颜色都是偏黄而失真的。
白光的追求目标是自然阳光。
因为它有着最好的色彩表现能力，而阳光又是一种偏暖的白光。
所以，如果能做到和日光相似的白光，同时又能兼顾到黄光的经济节能的优点，那将是理想的夜间照明选择。
与高压钠灯相比，LED是白光，且有更好的显色性。
白光可以看成是由黄光与蓝光混合而成（采用YAG荧光粉的白光LED正是如此）。
道路照明不单要考虑中央视觉（on-linevision），同样还要考虑对周边目标的探测能力（off-linevision），而周边目标的探测能力取决于处于视网膜周边区域的视杆细胞的视觉能力。
这就意味着包含了短波长蓝光的白光更加有利于人眼对周边物体探测。
因而采用白光LED路灯可以增加道路照明的平安性。
目前，LED路灯在照度要求低于30Lux，道路宽度小于20米的支路和次干路中应用已具有明显的节能优势，尤其是在街道、商业区道路等场所应用可以取得明显的经济效益和节能效果。
但在照度要求高的主干道路中与高光效HPS路灯相比，性价比不高。
随着LED光效的不断提升，相关标准的不断出台，LED路灯的市场将越来越广阔。
正确的认识了LED路灯优越性，那我们如何设计性能优异，品质可靠的LED路灯那？
路灯设计主要包括，结构及外观设计，散热设计，配光设计，电源选择与设计。
结构设计
LED路灯的应用受到诸多企业的关注与青睐，但在结构设计，照明创意，造型设计等方面存在一些问题，给业主的使用与选择造成了不小的困惑。
本章论述了LED路灯结构及外观设计存在的6点问题并提出了相应的解决方案，当前市面上单一的“裸体〞路灯存在的主要问题如下：
第一，反光杯式设计，传统路灯通常使用反光杯来完成配光设计，这是由于传统光源大都是360度发光，必须通过反射来完成配光要求，而LED的特点是高指向性光源，出光方向与传统光源有着本质的区别，需要通过透镜来完成合理配光，有些灯具厂家盲目上马LED路灯照搬传统路灯机构设计用反光杯做LED路灯，不但没有得到理想的配光要求，反而增大了眩光指数甚至光污染，正是有这些盲目的企业参加LED行业，设计产品不经科学论证，生产出不符合需求产品，给企业带来了巨大的负面影响。
第二，材料外表处理〔含电源〕，难以经受长时间恶劣环境的侵蚀。
所谓的“裸体〞路灯一般是散热器直接裸露在外面的路灯。
有些厂家认为这样更有利于散热，但这样的前提是灯具必须安装在一个比拟干净，不受外界恶劣条件影响的环境中，而实际应用中灯具都是直接安装在户外，可能遇到酸雨，沙尘暴，暴雪，暴晒灯各种恶劣环境。
其次，由于铝合金管比重较小，散热性能优越，所以LED路灯的散热器一般都选用铝合金，但铝合金的化学性能非常活泼，极易和酸碱发生反响，暴露在空气中也非常容易氧化。
虽然经过阳极氧化处理后其耐腐蚀性能得到大幅提高，但灯具在安装时仍不可能保证氧化膜不受到破坏，当氧化膜受到破坏后，铝合金活泼的化学性能就能表现出来。
在一些污染比拟大的地方容易出现酸雨，酸雨会积聚在灯体上某些缝隙和凹槽里，雨过天晴后缝隙和凹槽里的酸水的挥发会腐蚀灯体，受腐蚀的灯体不仅影响美观，散热，更影响机械性能。
另外，“裸体〞是的路灯由于散热器本身的结构特性致使它非常容易积累沙尘和雪。
覆盖在散热器上的灰尘会使铝合金的散热性能大打折扣，而积雪外表上看起来更利于散热，但实际上载寒冷的天气里灯具的散热是足够的，大量的积雪反而会对灯杆造成巨大的压力。
第三，热岛效应至LED路灯故障率高。
惹到效应主要是指城市气温较四周郊区为高，好似一个温暖的岛屿分布于农村较凉的“海洋〞之中，这种现象称为热岛效应。
其实在较大的LED路灯散热器上也存在这种现象，尤其是单纯靠自然对流的时候。
LED灯具的散热过程最主要的还是靠散热器和空气的对流换热，在排除外界风力影响下主要靠自然对流。
自然对流是靠和散热器接触的冷空气被散热器加热后自然上升，旁边的冷空气继续补充进来，通过这样不断循环把热量带走。
如果散热器过大的话其中将局部的热空气上升后旁边没有足够的冷空气可以补充〔旁边也有光源在发热，空气也相比照较热〕，这样就会导致中间局部散热效率降低，温度升高，形成热岛效应。
热岛中心的LED比周围的LED老化更快，故障率更高。
第四，矩形外观设计不符合防风阻要求。
这里所说的矩形是指灯具呈近似四方体形状，每个面都呈现大面积的平面。
这样的平面比拟好受力，当风力从某个平面垂直吹过来时，其平面不能将风力分化，从而给灯杆及灯具固定结构造成压力。
这种压力在一般的情况下表现不明显，但当灯具灯杆经过长时间的老化和腐蚀以后，如果在沿海地区碰上台风，可能会有灯杆倾斜或者折弯或者灯具掉落的危险。
第五，一体式灯具设计带来后期维护的困难。
一体式设计是指将灯具整个光源腔设计成一个不便维护的整体，或者光源腔和电源腔一起设计成一个不便维护的整体。
近几年的实践说明LED灯具还不可能做到免维护。
而这种一体式灯具恰恰是无法现场维护的，一般上路以后出现故障在高架车上是无法完成维护任务，要将整个灯换下带回厂修理。
这种方式会迫使厂家从一个制造商变成兼设备制造商和效劳商的角色，给行人带来比便的同时，还浪费了大量的人力资源，需要付出巨大的代价。
第六，棱角锋利的裸体散热器，不符合灯具平安标准要求。
棱角锋利是指灯体某些金属零部件出现多个锋利的尖角。
这种尖角的存在至少有三点弊端处，其一，加工及搬运过成难以保护，容易卷曲。
其二，外表处理困难，不管是电镀还是喷塑，工件本身都要带电，在尖角处容易出现“聚电〞现象，或者导致该处烧坏，或者导致涂层〔镀层〕过厚，其三，容易伤及操作工人，某些厂家的灯因棱角太锋利导致转配工人经常被刮破手，更危险的是如果工人在高架车上装灯时被刮伤可能会导致由于本能反响而松手，后果难以设想。
针对以上6个问题，本文探讨了一些解决方法。
对第一个问题完全可以通过对光源性能的充分论证得以防止，第二和四个问题，笔者认为可以给灯具加一个流线型的上盖，流线型的上盖不要有大面积的平面，并且最好是中间高，周边低。
当然盖子上要设计合理的散热孔和导流面。
这样有4点好处：
第一，盖子可以减轻暴晒的紫外线对散热器外表保护层的破坏；
第二，流线形状不利于雨水在上面停留积聚，能大局部的水直接导致地面，减少酸雨矿物质对灯具的腐蚀；
第三，流线型面能大幅减少积聚在上面的沙尘和雪，利于散热也减少灯杆和灯具的压力；
第四，流线型面能将风力分化成多个方向的力，减少灯杆和灯具的压力。
对第三和第五个问题笔者建议将灯具“化整为零〞，放弃整体式设计，改为模块化设计。
对第五个问题建议灯具设计工程师站在操作工人的角度考虑，在设计中尽量关注细节性的问题。
另外，在设计方面，传统照明在造型设计方面积累了多年的经验，LED照明工程师要吸取传统照明的精髓。
与传统照明相比，LED光源具有个头小，阵列方式灵活的特点可以实现多样的，精美的产品设计。
另外，LED照明工程师应该结合地域文化特色开发具有文化底蕴的又有艺术产品韵味的设计产品。
我国地域辽阔，地方都有自己独特的地域文化和风情，只有根据地方特色设计的灯具才能更受人们的欢迎，也能让来客更了解当地的特色。
与此同时，作为照明灯具设计师，除精通照明常识外，也应不断的提高自身的综合素质，深入生活，懂得发现，感受生活的美，把情感融入作品设计中，这样才能实现有生命力，有想象力的灯具设计。
随着竞争日益加剧，中国市场日趋国际化，很多中小企业缺乏市场网络和品牌的支撑，应走专业化的开展之路，注重产品品质。
企业的开展重心放在如何开发高品质，长寿命，低价格的产品上，才能创造消费者，企业和政府的多赢局面。
本章论述了LED路灯散热设计；
LED路灯散热结构分析
由于LED光通量与温度的相关性密切，散热设计直接关系到LED路灯的光通量稳定性，LED路灯设计必须要考虑设计合理可靠的散热结构，现在大多数LED路灯的散热设计都是采用，灯珠加铝基板加散热壳体。
一、LED芯片封装的散热设计：
很多时候厂家号称只要在热稳态时，你的LED光源铝基板背部温度小于60摄氏度时，那么LED光源的寿命可到达理论5万小时〔实际的理论值是10万小时〕。
但是很多时候我们在工程上应用会发现LED光源的衰减很快。
这是为什么？
主要原因是因为实际封装LED光源内部的节点温度超过了140摄氏度。
而实际内部LED晶片最高工作温度为145度。
也就是说如果你外部温度在60度了，实际内部晶片节点温度却超过了145度后LED光源产生衰减是非常快的。
因此在设计LED线路必须考虑更好的解决散热问题。
目前设计中主要是采用铝基板PCB做散热设计，铝基板，在散热结构中起着承上启下的作用，灯珠产生热量要迅速通过铝基板传到散热器上，再通过对流散到环境中去。
铝基板PCB由电路层〔铜箔层〕、导热绝缘层和金属基层等组成。
1、电路层要求具有很大的载流能力，因此要使用较厚的铜箔作电路，厚度约35μm~280μm；
2、导热绝缘层是PCB铝基板核心技术所在，它是由特种陶瓷填充的特殊聚合物构成，具有热阻小、粘弹性能优良、抗老化、可承受机械及热应力等特点。
目前的IMS-H01、IMS-H02、LED-0601等高性能PCB铝基板的导热绝缘层就是此项技术的应用。
因此该系列的PCB铝基板具有优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能。
其工艺要求：
镀金、喷锡、OPS抗氧化、沉金、无铅ROHS制程等。
3、金属基层：
铝基板特点：
绝缘层薄、热阻小、无磁性、热容大、散热好；
铝基板作为LED及器件热传导，其散热主要还是依靠面积，集中导热可以选择高导热系数的板材即可。
二、界面散热：
LED的热量导出来到散热结构上。
通常有用导热膏，焊锡，铝基板，导热绝缘垫等等材料，或热管等，将LED热量导到散热鳍片上，这局部就是产品的热阻设计，当然尽量减少产品热阻。
三、外壳散热器设计：
LED散热设计采用流体力学软件仿真以及做根底设计。
通常LED散热器的设计分为以下几步：
A、根据实际需求以及相关约束条件设计轮廓图；
B、根据相关散热设计准那么对散热器翅片的片厚、片形、间距以及基板厚度等进行优化；
C、使用热分析软件对其进行设计验证以及校核计算。
一般自然散热需要考虑到自然冷却时温度边界层较厚，如果片间距太小，两个片的热边界容易交叉从而影响到外表对流。
因此一般情况下，建议自然冷却的散热器片间距大于12MM，如果散热器翅片上下于10mm，可按照片间距>
=1.2片高来确认散热器的片间距。
因为自然冷却方式的散热器外表的换热能力较弱，在散热片外表增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响，因此建议翅片外表无需增加太多波纹，可采用磷化处理来对外表做防腐处理还可以增大散热外表的辐射系数以增强辐射换热。
还有一点必须注意，由于自然对流达热平衡时间相对来说比拟长，因此自然对流散热器的基板以及翅片应足够后以抗击瞬态热负荷的冲击。
散热的途径分为传导、对流和辐射三种方式，其中传导效果最正确，对流次之，辐射较差，这是我们所熟知的。
在我们设计LED灯具散热结构的时候，首先要考虑的是LE
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