1. Введение
В последние годы эффективность светодиодного освещения значительно увеличилась с 35 лм / Вт (2006 г.) до 100 лм / Вт (первый квартал 2009 г.). Судя по возрастающей эффективности светодиодов, ожидается, что светодиодные продукты заменят традиционное освещение, особенно в продуктах с высоким энергопотреблением. В связи с обширным рынком освещения в последние годы на него вышли новые участники. Однако качество светодиодной продукции стало серьезной проблемой, особенно среди новых компаний, которые раньше не были экспертами в области освещения. С другой стороны, характеристики светодиода явно отличаются от характеристик традиционных ламп. Например, повышение эффективности галогенных ламп зависит от увеличения нагрева, но перегрев является проблемой для светодиодов. Направленность светодиодов сильно отличается от традиционных ламп. Различия между светодиодами и традиционными лампами показаны в таблице I. Из-за существующих различий тепловые, оптические, силовые, механические и управляющие характеристики светодиодов становятся решающими в их конструкции как осветительных приборов.
В последние два года тема светодиодных уличных фонарей широко обсуждалась из-за масштабов рынка и их энергосберегающих характеристик, особенно для замены ртутных ламп мощностью 250 или 400 Вт. При создании светодиодных уличных фонарей ключевой задачей является достижение и соответствие конкретной спецификации. Например, он должен гарантировать срок службы 5 лет (хотя срок службы светодиодов составляет примерно 50 000 часов); соответствовать конкретным требованиям к световому образцу, чтобы соответствовать правилам дорожного движения, достигать пыле- и водонепроницаемости на уровне IP65, обеспечивать достаточную прочность механизма и т. д. Исходя из этих требований, конструкция светодиодных уличных фонарей должна учитывать тепловую, оптическую, мощность, и механизм. Срок службы светодиода зависит от температуры перехода светодиода (см. Рисунок 1). Cree опубликовал данные, чтобы показать зависимость срока службы от легкого обслуживания при различной температуре перехода. Следовательно, чтобы гарантировать срок службы 50 000 часов, температура перехода светодиода должна быть ниже 75 ° C. Что касается равномерности освещения проезжей части, то световой узор «крыло летучей мыши» неизбежен. Также требуется светотеневая диаграмма для ограничения бликов. Другой важной темой является конструкция драйвера (источника питания) и конструкция светодиодного светового модуля. Поскольку существует небольшая разница в напряжении возбуждения каждого светодиода, нельзя гарантировать равномерное напряжение возбуждения светодиодов, встроенных в уличные фонари. Следовательно, несовершенная конструкция схемы вызовет неоднородный ток для возбуждения светодиода, что повлияет на его срок службы. Компания AOP понимает, что проблемы, связанные с ее конструкцией, напрямую влияют на качество светодиодных уличных фонарей, поэтому компания AOP объединила тепловой, оптический и силовой механизмы в своей светодиодной конструкции для обеспечения качества уличных фонарей.
Таблица 1: Сравнение светодиодной и традиционной лампы
Рисунок 1: Затухание светодиода в зависимости от срока службы (Источник: Cree)
2. светодиодный уличный фонарь и анализ
Превосходное светодиодное освещение должно учитывать тепловую, оптическую, энергетическую и механическую составляющие (промышленный дизайн).
2.1 Тепловая конструкция светодиодного уличного фонаря
Плохой контроль температуры перехода светодиодов влияет на срок службы светодиодов. Чтобы гарантировать срок службы 50 000 часов, компания AOP разработала уличные фонари, в которых температура соединения светодиодов контролируется ниже 75 ° C, а колебания температуры радиатора не превышают 2 ° C, чтобы обеспечить одинаковый срок службы всех светодиодов, установленных на уличных фонарях. АОП нашла оптимальное решение, используя метод DOE для анализа влияния шага ребер, толщины, высоты радиатора (см. Рисунок 2). Обнаружен приемлемый размер радиатора для достижения проектной цели: температура перехода светодиода ниже 75 ° C и изменение температуры радиатора ниже 2 ° C.
Рис. 2. Светодиод Оптимальная конструкция радиатора
2.2 Светодиодный уличный фонарь с оптическим рисунком
Как упоминалось выше, для использования уличных фонарей на проезжей части необходимо, чтобы они соответствовали требованиям к освещению проезжей части, т. Е. Оптический рисунок должен соответствовать однородности (GG gt; 0,33) проезжей части, а также степени ослепления. Помимо соблюдения нормативных требований к проезжей части, также важно обеспечить, чтобы световой поток проецировался на большую площадь. Поскольку, если уличный фонарь проецируется только на расстояние, в 3 раза превышающее его установленную высоту, это будет означать, что при высоте 6 м световой поток распространяется только на 18 м проезжей части. Следовательно, поскольку для установки уличного освещения требуется проезжая часть определенной длины, вам потребуется больше уличных фонарей, чтобы они соответствовали техническим характеристикам проезжей части и не появлялись в виде зебры. Следовательно, чтобы избежать увеличения количества уличного света, АОП разработала оптический световой узор в виде крыла летучей мыши (патент заявлен, образец был измерен ITRI, см. Рисунок 3), который может достигать четырехкратной монтажной высоты (макс. Компакт-диск расположен под углом 60 градусов). и равномерность освещения больше необходимого 0,33, см. рис. 4 и 5. Это пример уличного фонаря AOP, установленного на опоре высотой 8 м и проецируемого на проезжую часть длиной 32 м. Распределение освещенности показано на Рисунке 4. Этот световой оптический рисунок может в значительной степени уменьшить количество установленных уличных фонарей на определенной длине проезжей части. Кстати, оптический рисунок также удовлетворяет требованию отсечки. AOP также предоставил проектировщику файл .IES для разработки различных проектов проезжей части.
Рисунок 3. Схема светодиода Рисунок 4 Освещенность проезжей части
(Патент заявлен)
Таблица 2. Однородность
2.3 Механизм и промышленный дизайн (подана заявка на патент)
В уличном фонаре AOP мы также учли удобство перемещения и установки, см. Рис. 5 и 6. В отсеке питания установлена розетка, поэтому оператор может легко вставить городской кабель в розетку, и процесс его выполнения на 100% идентичен как традиционная установка лампы. Кстати, дугообразная форма в передней части светильника позволяет оператору легко перемещаться. Этот светильник пыле- и водонепроницаем, а его класс защиты достигает IP 65.
Рис. 5. Конструкция в форме лука со светодиодами. Рис. 6. Крышка питания и розетка.
2.4 Светодиодный световой модуль и схема питания драйвера
Как мы знаем, у каждого светодиода было немного разное напряжение возбуждения, поэтому, чтобы избежать неравномерного тока, возникающего на каждом светодиоде, это стало очень важной ключевой конструкцией. Хотя каждый поставщик уличных фонарей заявляет, что в их блоке питания используется постоянный выходной ток, на самом деле после измерения тока светодиодов и обнаружено очень большое отклонение, см. Таблицу 2. Это произошло из-за того, что светодиодный световой модуль спроектирован последовательно и параллельно. схему, см. рис. 7. Таким образом, если напряжение возбуждения каждого светодиода не одинаково, светодиоды будут получать другой ток, даже если вы использовали конструкцию постоянного тока. Следовательно, если один из светодиодов вышел из строя, он будет быстро расширен на другие, потому что другой светодиод будет пропускать больше тока. Уличный светильник AOP отличается от конструкции других поставщиков, мы использовали многоканальную схему (патент заявлен) как на модуле питания, так и на модуле светодиодного освещения, см. Рисунок 8, постоянный ток выходной мощности на каждый канал для одиночных светодиодов, чтобы гарантировать, что каждый Светодиод пропускал постоянный ток. Результат измерения, см. Таблицу 3. Он показал очень равномерное прохождение тока по каждому каналу. Постоянный ток при использовании многоканальной конструкции не будет влиять даже при изменении напряжения светодиода.
Рисунок 7 Светодиодный модуль последовательной и параллельной схемы
Таблица 4: Ток многоканальной конструкции
4. Вывод:
Уличный светильник AOP сочетает в себе тепловые, оптические, механические и энергетические характеристики, поэтому учитываются все возможные эффекты на срок службы светодиодов. Вот почему компания AOP очень уверена в своем продукте для уличного освещения. Кроме того, по данным измерений ITRI, эффективность уличного светильника AOP&# 39 уже достигает 72,8 лм / Вт, с его характеристиками в настоящее время трудно соперничать.
Цунг-Чи, Чен, доктор философии
Отдел развития системной интеграции
Alliance Optotek Corp.
