半導體路燈實現方案和推廣前景
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上傳人：admin 上傳時間： 2007-09-05 瀏覽次數： 219 |
半導體材料制作的發光二極管--LED，近年來技術上取得了重大突破，白光發光管的發光效率已經達到了熒光燈的水平,08年將達到鈉燈的水平。半導體光源節能、長壽命、安全、環保、耐閃爍、色彩多樣、調控方便等諸多優點，必將取代傳統光源引發照明產業的又一次革命。
由于光效和成本方面的原因，半導體光源目前還不能在大面積白光泛光照明方面和傳統高效光源競爭，但是在小功率照明、局部照明、安全照明、閃爍照明、彩色照明等方面具有傳統光源難于比擬的優勢。
路燈主要是為了照亮路面，屬于局部照明。半導體光源之所以適合用于局部照明，是由于LED是個點光源，發光角度便于控制。在生產時也可以制作成各種發光角度的產品，也可以利用反光鏡燈方法對光路做進一步的調理。利用特定發廣角的光源做局部照明可以使光源發出的光得到更有效的利用，和不便控制發光角度的光源相比，可以用比較小的功率達到滿足要求的局部照明效果，因而實現節能。為此，許多企業進行了有益的探索，使半導體路燈逐漸實用化。但是，從近幾屆照明方面的展會上看，許多企業展出的LED路燈根本沒有考慮和利用LED的特點，做出來的路燈僅僅是點亮了而已，根本談不上照明效果和節能效果。為此本文以90瓦的半導體路燈為例介紹半導體路燈的結構特點和實現方案，以供相關企業研制產品時參考。
做好半導體路燈的基本思路：
做LED路燈首先要考慮照射范圍。路燈要求的是路面照明效果，照空中和路邊的空地不是路燈的任務。因此，要用多種角度組合的發光管或者用反光鏡的方法有效的控制光線的分布范圍，使發光管發出的光成為一個長條形光帶沿路面方向鋪展，實踐證明，這樣制作的半導體路燈90瓦左右的功率就能超過250瓦納燈對路面的照明效果，節能效果顯著。
要做好半導體路燈首先要合理的選用發光管。一般來說，做半導體路燈既可以選用小功率發光管，也可以選用大功率發光管。但是，實踐證明，小功率發光管雖然有發光器件成本低的優勢，但是，其光衰卻比大功率發光管快，并且用的管數太多，裝配麻煩，綜合考慮，選用大功率發光管比較合理。從目前大功率發光管的技術水平來看，1瓦管光效比較高，用于照明節能優勢明顯。和1瓦的發光管相比，3瓦的發光管光效低于1瓦管，同等光通量下價格優勢也不明顯，目前選用1瓦管做路燈光源更為合理。
半導體光源結構上和光學特性上有自身的特點，因此，半導體路燈應該按照這些特點設計燈具，用傳統燈具外殼換個半導體燈的燈芯是做不出好半導體燈的。半導體路燈結構設計上要解決好的問題是燈體外部造型，發光管的安裝、照射范圍的調整、發光管的散熱、燈體的密封。同時，所設計的燈體結構還要有利于大批量工業生產。
用1瓦的發光管做燈發光管的安裝比較簡單，如果選用的驅動器是隔離結構的，發光管的底座和管芯也是絕緣的，只要把發光管固定在散熱器上就可以了。但是，如果使用的是不隔離結構的驅動器，發光管和散熱器之間的絕緣處理就比較嚴格，要能達到一定的安全標準。絕緣和導熱常常是矛盾的，良好的絕緣結構往往對散熱不利。因此，建議選用隔離型驅動器驅動發光管。
照射范圍的調整是做好半導體燈的重要環節。為了有效的利用光線，應該發揮發光管照射方向便于調控的優勢，使發光管發出的光形成一條光帶鋪在路面上，而不要在無效方向上散射。要做到這一點，結構上最簡單的辦法是用多種角度的發光管組合，或者用反光鏡、透鏡的方法控制照射角度，分別兼顧不同的照射距離。比如，用發光角60度、30度、15度的三種發光管組合，分別用于照射附近、中、遠距離路面的照明，使發光管輸出的光均勻的覆蓋兩盞燈之間的半距離路面，覆蓋寬度基本上和路面寬度吻合，這樣就可以用比較小的功率有效的照明道路。使之實現最佳照明效果。要達到這樣的照明效果，發光管的安裝角度必須合理。
發光管的散熱是半導體燈要重點解決好的問題。發光管是冷光源，不象白熾燈那樣產生灼熱的高溫，但是，發光管本身耐溫能力比較差，所以必須將發光管工作時產生的熱量有效的散發到空氣中去，保證發光管工作在安全的溫度下，這樣半導體燈才能真正的體現出長壽命的優勢。
發光管的管芯和白光發光管涂覆的熒光粉都是在幾百度的高溫條件下生產出來的，本身有一定的耐溫能力。但是，發光管的管殼和管芯之間存在熱阻，這個熱阻使發光管在使用時管殼和管芯之間出現溫差，管芯的溫度會高于外殼溫度。目前發光管外部封裝的材料主要是有機材料，在高溫下容易老化。這會影響發光管光線的透出，因而降低發光管的外部光效。為了不使高溫降低發光管的發光效能，就要把發光管使用時產生的熱量散出去。但要散到什么程度？散熱器溫度和發光管管芯溫度有什么關系？這是必須要明白的問題。
由于發光管生產技術的進步，大功率發光管內部的熱阻越來越低，目前1瓦的發光管的熱阻普遍在15度/瓦以下，也就是說，給1瓦的發光管加1瓦的電功率，管芯比管殼的溫度只高15度。按照目前發光管管芯材料的耐溫水平，管芯溫度不超過150度就能長期安全的工作。這樣推算，外殼溫度在135度時可以安全使用。但是，由于外殼封裝材料的限制，實際使用中的管殼溫度最好不超過70度，這樣管芯溫度只有85度，發光管的透明封裝材料也不會快速老化。長期穩定工作沒有問題。因此，沒有必要將半導體燈工作時的溫度降得很低，但必須減小發光管外殼和燈體外殼之間的熱阻，這樣就可以以比較小的體積和比較低的成本生產穩定工作的半導體燈。
半導體路燈燈體的體積都比較大，因此，散熱的有效的方法是充分利用燈體的外殼實現散熱。要做到這一點，首先要使發光管產生的熱量能夠順利的傳導到外殼上，再就是外殼要有足夠的面積和空氣接觸以實現有效的熱交換。問題是，怎樣合理的把發光管產生的熱量傳導到外殼上，怎樣有效的增大外殼和空氣的接觸面，并且有利于空氣在外殼表面上的流動，就是燈體熱結構設計要解決的問題。
由于光效和成本方面的原因，半導體光源目前還不能在大面積白光泛光照明方面和傳統高效光源競爭，但是在小功率照明、局部照明、安全照明、閃爍照明、彩色照明等方面具有傳統光源難于比擬的優勢。
路燈主要是為了照亮路面，屬于局部照明。半導體光源之所以適合用于局部照明，是由于LED是個點光源，發光角度便于控制。在生產時也可以制作成各種發光角度的產品，也可以利用反光鏡燈方法對光路做進一步的調理。利用特定發廣角的光源做局部照明可以使光源發出的光得到更有效的利用，和不便控制發光角度的光源相比，可以用比較小的功率達到滿足要求的局部照明效果，因而實現節能。為此，許多企業進行了有益的探索，使半導體路燈逐漸實用化。但是，從近幾屆照明方面的展會上看，許多企業展出的LED路燈根本沒有考慮和利用LED的特點，做出來的路燈僅僅是點亮了而已，根本談不上照明效果和節能效果。為此本文以90瓦的半導體路燈為例介紹半導體路燈的結構特點和實現方案，以供相關企業研制產品時參考。
做好半導體路燈的基本思路：
做LED路燈首先要考慮照射范圍。路燈要求的是路面照明效果，照空中和路邊的空地不是路燈的任務。因此，要用多種角度組合的發光管或者用反光鏡的方法有效的控制光線的分布范圍，使發光管發出的光成為一個長條形光帶沿路面方向鋪展，實踐證明，這樣制作的半導體路燈90瓦左右的功率就能超過250瓦納燈對路面的照明效果，節能效果顯著。
要做好半導體路燈首先要合理的選用發光管。一般來說，做半導體路燈既可以選用小功率發光管，也可以選用大功率發光管。但是，實踐證明，小功率發光管雖然有發光器件成本低的優勢，但是，其光衰卻比大功率發光管快，并且用的管數太多，裝配麻煩，綜合考慮，選用大功率發光管比較合理。從目前大功率發光管的技術水平來看，1瓦管光效比較高，用于照明節能優勢明顯。和1瓦的發光管相比，3瓦的發光管光效低于1瓦管，同等光通量下價格優勢也不明顯，目前選用1瓦管做路燈光源更為合理。
半導體光源結構上和光學特性上有自身的特點，因此，半導體路燈應該按照這些特點設計燈具，用傳統燈具外殼換個半導體燈的燈芯是做不出好半導體燈的。半導體路燈結構設計上要解決好的問題是燈體外部造型，發光管的安裝、照射范圍的調整、發光管的散熱、燈體的密封。同時，所設計的燈體結構還要有利于大批量工業生產。
用1瓦的發光管做燈發光管的安裝比較簡單，如果選用的驅動器是隔離結構的，發光管的底座和管芯也是絕緣的，只要把發光管固定在散熱器上就可以了。但是，如果使用的是不隔離結構的驅動器，發光管和散熱器之間的絕緣處理就比較嚴格，要能達到一定的安全標準。絕緣和導熱常常是矛盾的，良好的絕緣結構往往對散熱不利。因此，建議選用隔離型驅動器驅動發光管。
照射范圍的調整是做好半導體燈的重要環節。為了有效的利用光線，應該發揮發光管照射方向便于調控的優勢，使發光管發出的光形成一條光帶鋪在路面上，而不要在無效方向上散射。要做到這一點，結構上最簡單的辦法是用多種角度的發光管組合，或者用反光鏡、透鏡的方法控制照射角度，分別兼顧不同的照射距離。比如，用發光角60度、30度、15度的三種發光管組合，分別用于照射附近、中、遠距離路面的照明，使發光管輸出的光均勻的覆蓋兩盞燈之間的半距離路面，覆蓋寬度基本上和路面寬度吻合，這樣就可以用比較小的功率有效的照明道路。使之實現最佳照明效果。要達到這樣的照明效果，發光管的安裝角度必須合理。
發光管的散熱是半導體燈要重點解決好的問題。發光管是冷光源，不象白熾燈那樣產生灼熱的高溫，但是，發光管本身耐溫能力比較差，所以必須將發光管工作時產生的熱量有效的散發到空氣中去，保證發光管工作在安全的溫度下，這樣半導體燈才能真正的體現出長壽命的優勢。
發光管的管芯和白光發光管涂覆的熒光粉都是在幾百度的高溫條件下生產出來的，本身有一定的耐溫能力。但是，發光管的管殼和管芯之間存在熱阻，這個熱阻使發光管在使用時管殼和管芯之間出現溫差，管芯的溫度會高于外殼溫度。目前發光管外部封裝的材料主要是有機材料，在高溫下容易老化。這會影響發光管光線的透出，因而降低發光管的外部光效。為了不使高溫降低發光管的發光效能，就要把發光管使用時產生的熱量散出去。但要散到什么程度？散熱器溫度和發光管管芯溫度有什么關系？這是必須要明白的問題。
由于發光管生產技術的進步，大功率發光管內部的熱阻越來越低，目前1瓦的發光管的熱阻普遍在15度/瓦以下，也就是說，給1瓦的發光管加1瓦的電功率，管芯比管殼的溫度只高15度。按照目前發光管管芯材料的耐溫水平，管芯溫度不超過150度就能長期安全的工作。這樣推算，外殼溫度在135度時可以安全使用。但是，由于外殼封裝材料的限制，實際使用中的管殼溫度最好不超過70度，這樣管芯溫度只有85度，發光管的透明封裝材料也不會快速老化。長期穩定工作沒有問題。因此，沒有必要將半導體燈工作時的溫度降得很低，但必須減小發光管外殼和燈體外殼之間的熱阻，這樣就可以以比較小的體積和比較低的成本生產穩定工作的半導體燈。
半導體路燈燈體的體積都比較大，因此，散熱的有效的方法是充分利用燈體的外殼實現散熱。要做到這一點，首先要使發光管產生的熱量能夠順利的傳導到外殼上，再就是外殼要有足夠的面積和空氣接觸以實現有效的熱交換。問題是，怎樣合理的把發光管產生的熱量傳導到外殼上，怎樣有效的增大外殼和空氣的接觸面，并且有利于空氣在外殼表面上的流動，就是燈體熱結構設計要解決的問題。
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