大功率LED路灯设计方案.docx

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大功率LED路灯设计方案

大功率LED路灯之全方面解析

一．普通路灯与LED路灯的现状与未来

目前LED路灯改造的成本仍存在压力，以60W灯具看，市场上LED整体灯具的价格在3000-3800元左右，传统的250W高压纳灯仅需要1000-1300元，两者的价差还相当大。

但Haitz定律让我们看到希望，据估计，LED成本每年将以10%速度逐年递减，再加上LED新路灯整合制造成本，LED与传统高压纳灯的成本差距将压缩到2倍之内，考虑到后期的电费与维护成本，LED路灯的综合优势将使其逐渐成为照明市场主流。

二．LED路灯与传统路灯的竞争力

照明种类

LED（2007）

HID

光源（灯泡）效率

80-120lm/W

55-90lm/W

驱动电源效率

90%

70-85%

灯具效率

85-90%

50-80%

道路照明效率（光污染）

85%

65%

道路照明总效率

45.5-54.6lm/WAve.31

12-37lm/WAve.25

寿命

50,000hr

2,500-5,000hr

三．2007年道路照明技术

照明种类

LED

400W

200W

省电灯泡

（2007）

水银灯（安定器）

（CFL）

光源（灯泡）效率

70-84lm/W

61lm/W

57lm/W

40lm/W

驱动电源效率

90%

75%

65%

灯具效率

85%

70%

60%

道路照明效率

85%

65%

总效率,lm/W

45.5-54.6

20.8

19.5

15.6

照明耗电,W/lm

0.018-0.022

0.048

0.051

0.064

相对LED之耗电比

1.71-2.67

1.82-2.83

2.29-3.56

LED省电率

100%

41.5-62.4%

45.1-64.7%

56.3-71.8%

四．多个LED密集排列的照明系统

•器件耗散功率：

20w

•散热面积：

330cm2

•底板温度将达83°C以上。

（环境温度25°C）

•芯片结温将达100°C

上图案例必须考虑更有效的散热途径

大功率LED光条结构与新型准值LED光源的设计

1）破坏性创新大功率LED光条结构包括一高功率LED模块，一散热灯条及一控制电路板，其高功率LED模块产生的热，直接传热到散热条上散热，控制电路板悬空设置于散热灯条的容置区内，其上、下两面不接触散热灯条，因此产生的热源可通过上、下两空间充分散热，从而降低高功率LED模块产生的热的相互加乘的不良影响增加本高功率LED光条的稳定性与使用寿命，另外，在电路板基座的两端分别焊有A、B端子座，用于相同的两光条相互串联，使用者可根据实际需要自行组合。

另外，高功率LED光条结构还提供一简易的组装方法，可以简单更换高功率LED模块光源，透明灯罩、反光灯罩、聚焦透镜等多种多用途使用方式。

2）当LED应用于投射照明时，需要设计一种高效的准直LED光源；

3）如采用二次光学元件——准直透镜，与封装后的LED配合使用，则由于空隙的存在，必然会引起反射损耗；

4）设计了一个直接对LED芯片进行封装准直的透镜系统。

LED准直透镜的设计分为两部分：

1.编程计算准直透镜的二维曲线；

2.采用蒙特卡罗方法对采用二维曲线生成的三维实体进行模拟验证。

准直LED光源光强的参数

1.准直透镜系统的出光效率：

为球透镜LED的88%。

2.对于1mm2的芯片，其q1/2理论值为9.6°。

3.其q1/2实际测量值为12.6°。

准直LED光源光强远场分布

扁翼LED光源光强远场分布

大功率LED路灯的关键技术整合

1．LED选购策略

–长寿型封装材料

–LED抗熱性、導熱結構优化产品。

–一次光学

2．电子工程实施策略

–LED恒流恒压低温驱动技术

–微型大功率DC/AC低温电流解决方案

3．灯具设计策略

–符合IP66/IP67解决方案

–多样化,全天候无灯壳设计方案

–模组化散热设计方案

–二次光学

–灯具美学

4．散热材料选用策略

–采用6063牌号铝合金

–采用TSD氮化硼陶瓷散熱塗料

5．导/散热技术策略

–刺猬型散热鳍片设计方案

–散热鳍片表面图妆方案

–软性硅胶导热片

6）SR系列大功率LED路灯的低温设计方案

•选用内部热导效率高的低温型LED

•LED恒流恒压低温高亮驱动解决方案

•设计低温型市电AC2DC供电模块

•选用高散热效率的灯具材料

•设计高散热效率的散热模块

•应用提高散热效率的表面涂层技术

•选用高散热效率的灯具材导热

•设计高散热效率的灯具

7）芯片尺寸与散热的关系

v提高功率LED的亮度最直接的方法是增大输入功率，而为了防止有源层的饱和必须相应地增大p-n结的尺寸；

v增大输入功率必然使结温升高，进而使量子效率降低。

单管功率的提高取决于器件将热量从p-n结导出的能力；

v在保持现有芯片材料、结构、封装工艺、芯片上电流密度不变及等同的散热条件下，单独增加芯片的尺寸,结区温度将不断上升。

8）影响芯片尺寸的主要因素——热阻

•倒装焊更有利于散热，但凸焊点的热阻还需减小。

•导热银胶的热阻有待改善。

•封装材料方面，传统的环氧胶高温性能不佳。

多个LED密集排列的照明系统

9）＃6063铝合金具有良好的导热性

•从材料的导热性能来看，银最好、铜、金次之、然后是铝，但是金、银的价格相对昂贵，不适宜大量使用；

•铜的导热性比铝好，但是铜比铝重约两倍而且加工成形性差，只能制作成简单的形状；

•铝的导热性良好、重量轻、比铜便宜而且耐腐蚀、利用加工设备可以制成各种复杂的形状，能满足电子电力行业对散热器的诸多要求，因此被认为是制作散热器的最佳材料；

•而6063铝合金具有良好的导热性,成形性,强化处理后强度适中适合各种机加工,是制造型材散热器的首选材料。

散热鳍片体表面积变化与散热效能示意图

10）铝材散热器的散热面积是怎么计算的？

铝材散热器的散热面积等于（周长×截断长度），其中：

周长是厂家图纸提供的，截断长度由用户确定；简单地可以用（2×翅片高度×翅片数量＋底板宽度）×截断长度来估算；如果翅片上带小齿，其散热面积比不带小齿（光齿）的翅片增加15％左右。

11）采用TSD氮化硼陶瓷散熱塗料

1．TSD氮化硼陶瓷散熱塗料具有耐高溫、高散熱、高導熱、高熱輻射、絕緣及抗腐蝕、耐強酸強鹼等特性，是散熱解決方案最佳的選擇。

2．用途:

TSD氮化硼導熱/散熱塗料是市場上最具價值的散熱塗料之一，不論是任何金屬材質、塑膠或其他複合材質，皆可使用TSD氮化硼導熱/散熱塗料來提升散熱效能，並且使用方便、簡單，消費者可輕易DIY施工。

3．說明:

六方片狀氮化硼具有良好的熱導能力，並且其高熱輻射的特性即使在無風的狀態下，亦可持續進行散熱作用。

12）散热器的表面颜色对散热性能有什么影响？

1．通常散热器的表面颜色制成银白色（铝本色）、黑色、金黄色及其他鲜艳的颜色，由于黑色的热辐射能力最强，在自然对流的条件下，黑色的散热器比银白色的散热能力提高5％左右，而金黄色及其他鲜艳的颜色，则不会增加散热能力或增加极小，但对表面能起到保护作用。

2.在强制冷却（如风冷）条件下，散热器表面颜色对散热性能没有影响。

13）采用TSD氮化硼陶瓷散熱塗料

1.空氣冷卻很重要的一個因素接觸空氣的面積，面積越大散熱效果越好，一般金屬表面平滑，而使用氮化硼導熱/散熱塗料後的金屬成不規則片狀表面，以冷排為例，好比散熱鰭片上又多了許多小鰭片，此時接觸空氣的面積比原先約增加50%。

2.導熱特色:

六方片狀氮化硼具有極優的熱導能力，由下表可看到六方片狀氮化硼的熱導率優於鋁僅次於銅，且氮化硼熱幅射能力更是其他材質無可比擬的，由此可知氮化硼是導熱散熱的最好選擇。

材質

熱導率（W/Mk）

Cooper銅

385

hbn氮化硼

300+

30%AlSi鋁矽

200

Aluminum5052鋁

150

Brass黃銅

109

Tin錫

Lead鉛

34.7

大功率LED路灯研发设计策略----【破坏性创新】

破坏性创新（Disruptiveinnovations）理念设计的Hi-PowerLED符合京都协议绿色产品生产要素,设计照明技术领先全国

同样瓦数的灯具该灯具同时具备:

1．积木式基本单元模块设计----产品合乎户外灯具IP66/IP67高标准完成率达99%

2．按需任意组合各种形式的灯具----免开模具任意组装节省庞大的模具费用

3．体积最小重量最轻----节省包装,储存与物流成本

4．有色金属材料最少----节省灯具成本

5．生产过程耗能少-------合乎京都协议的绿色产品

6．生产过程无污染-------合乎京都协议的绿色产品

7．组装工序最简单-------节省大量组装工时成本

8．安装工程最省事-------因为重量轻,可以单人独立作业节省安装成本

9．维护成本最低

以上多项国际,国内领先优势

Item

SR系列大功率LED路灯

其他LED路灯

功率损耗

120W

100～120W

Luminance

7200lm

4000～5000lm

Weight（灯头）

11Kg（含整流器2Kg）

10～24Kg

安装

模块化设计,安装非常容易,重量轻,方便人员于高空作业

需整组装设,重量重,高空安装较不易

维修

1.一般水电工即可维修。

2.且可单一灯条或模块更换

1.需要专业人员才可维修

2.整座灯组拆下送回原厂维修

光形设计

改变灯盘，即可改变光形设计。

因此光形设计容易。

散热片，铝基版需要重做，改变光形设计非常困难。

色温调整

可依客户需求弹性更换冷色系,暖色系或部分冷色部分暖色系灯条。

出厂即定型，LED一般焊在铝基板上，无法弹性更换。

景观照明

附加变色灯条,达到造景功能

无此功能

价位

LowerPrice

Higherprice

大功率LED产品取得国际专利与产品认证----【破坏性创新】

²取得国际RoHS、CE、FCC、ETS国际认证

²取得多项台湾专利

³发光二极体彩色照明装置；高功率发光二极体投射灯，具红外线遥控功能之高功率发光二极体彩色灯泡，高功率发光二极体结构；彩色手电筒，可调式光功率衰减器

²取得日本专利

³高功率发光二极体彩色手电筒

²取得中国大陆专利

³高功率发光二极体结构，具红外线遥控功能之高功率发光二极体彩色灯泡，发光二极体彩色照明装置；高功率发光二极体投射灯

Parameter

Value

Model

SR-S6-180

SR-S6-150

SR-S6-120

PowerSpec.

180W

150W

120W

PowerSupplyVoltage

110/220V

PowerSupplyCurrent

1.8/0.9A

1.4/0.7A

1.2/0.6A

Frequency

50~60Hz

LEDConsumption

126W

105W

84W

PowerConsumption

180W

150W

120W

OpticalSpec.

OperatingLife

20,000hours

LuminousFlux（typ.）

10,800lm

9,000lm

7,200lm

EnvironmentSpec.

OperatingTemperature

-20~50oC

StorageTemperature

-40~60oC

OperatingHumidity

10~90%

DimensionSpec.

Length（mm）

560

Width（mm）

605

535

470

Height（mm）

159

117

SuggestionInstallHeight

Height（meter）

10～12m

9～11m

8～10m

InstallHeightIllumination

12M

11M

10M

大功率LED路灯照明

《Specification》

FrontView

BackView

SideView

SR-S6-120

SR-S6-150

SR-S6-180

《Specification》

Parameter

Value

Model

SR-S6-90

SR-S6-60

SR-S6-45

PowerSpec.

90W

60W

45W

PowerSupplyVoltage

110/220V

PowerSupplyCurrent

0.9/0.45A

0.6/0.3A

0.45/0.23A

Frequency

50~60Hz

LEDConsumption

63W

42W

31.5W

PowerConsumption

90W

60W

45W

OpticalSpec.

OperatingLife

20,000hours

LuminousFlux（typ.）

5400lm

3,600lm

2,700lm

EnvironmentSpec.

OperatingTemperature

-20~50oC

StorageTemperature

-40~60oC

OperatingHumidity

10~90%

DimensionSpec.

Length（mm）

560

Width（mm）

355

234

230

Height（mm）

SuggestionInstallHeight

Height（meter）

7～9m

6～8m

5～7m

InstallHeightIllumination

12M

11M

10M

FrontView

BackView

SideView

SR-S6-45

SR-S6-60

SR-S6-90

《Specification》*SuitableforSolar-poweredApplication

Parameter

Value

Model

SR-S3-52

SR-S3-45

SR-S3-37

SR-S3-30

CityPowerSpec.

52W

45W

37W

30W

PowerSupplyVoltage

110/220V

PowerSupplyCurrent

0.47/0.24A

0.41/0.21A

0.34/0.17A

0.27/0.14A

Frequency

50~60Hz

LEDConsumption

40.54W

34.75W

28.96W

23.17W

PowerConsumption

52W

45W

37W

30W

Inner-PowerSpec.

PowerSupplyVoltage

12～28V

PowerSupplyCurrent

<5A

<3A

<2.5A

<2A

PowerConsumption

52W

45W

37W

30W

ForSolarApplication

SolarPowerRequirement

160W

140W

120W

90W

OpticalSpec.

OperatingLife

20,000hours

LuminousFlux（typ.）

3120lm

2,700lm

2,220lm

1,800lm

EnvironmentSpec.

OperatingTemperature

-20~50oC

StorageTemperature

-40~60oC

OperatingHumidity

10~90%

DimensionSpec.

Length（mm）

360

Width（mm）

365

315

275

225

Height（mm）

SuggestionInstallHeight

Height（meter）

6～8m

5～7m

4～6m

4～5m

InstallHeightIllumination

FrontView

BackView

SideView

SR-S3-30

SR-S3-37

SR-S3-45

SR-S3-52

FrontView

SideView

BottomView

FrontView

SideView

BottomView

Parameter

Value

Remark

PowerSpec.

PowerSupplyVoltage

100~240Vac

PowerSupplyCurrent

<0.45A

LEDConsumption

31.5W

PowerConsumption

45W

Lumen

>2430lm

OpticalSpec.

OperatingLife

>20,000hours

EnvironmentSpec.

OperatingTemperature

-20~50oC

StorageTemperature

-40~60oC

OperatingHumidity

10~90oC

Non-Condensing

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