摘要：本文就大功率LED路灯设计制造过程中所涉及的散热及二次配光技术为重点作一些介绍。
关键词：效率 散热 非对称配光 产业化
前言:
随着社会发展的进步，节能减排成为了时代的强声国家大政方针的确立，又为LED应用发展提供了坚实的基础。科技部“十城万盏”路灯重大示范项目的实施，众多省市热情高涨的自主LED路灯项目，这如火如荼的燎原之势，明示了LED无可置疑的节能效果和其应用的强大生命力。但由于目前LED路灯尚缺少统一的技术标准和测量标准，没有某些强制性的性能指标，在群雄四起的时代，LED路灯质量的良莠不齐，在一些地方过早地使用，影响了社会和用户对LED灯具的信心。固此，加强技术研发持续提高LED路灯的整体综合质量，依然是LED应用业界的重中之重。
图1 大功率LED路灯
一、 LED路灯的散热
在大功率LED路灯的整体设计过程中快速有效地散热是LED路灯重点解决的问题，因为LED光源的光衰和寿命与工作温度的高低有决定性关系。目前LED路灯主要采用热管散热和自然散热2种方式。
1、热管散热
热管广泛用于CPU的散热，效率高，但需配带热管和运动介质。还需要配合灯具结构作弯、压加工，制作和安装复杂，比较适合集成LED模组光源中使用，如50W、100W甚至更大功率的集成LED。由于在热管中加有运动介质，一旦介质泄漏即会造成整个热管系统失效，而导致LED结温急剧上升。此外，不管由于某种原因造成LED路灯失效，修理也较复杂,需要熟练的专业技术人员方可。
2、自然散热
自然散热是目前LED路灯比较常见的散热方式，具有制作简单，性能可靠，成本低廉的特点，但效率较低。如何提高散热效率是应用自然散热方式的关键所在，我认为首先要有良好的材质和导热界面，足够的散热面积和蓄热能力，在必须满足以上的几个条件的基础上，自然散热方式的灯具设计的真谛在于突出一个“快”字，也就是如何提高冷热空气的快速流动交换是关键，使路灯上的热量通过冷热空气的迅速移位而散发出去，从而达到事半功倍的效果。一味盲目简单地增加热容量和散热面积，只会将LED路灯做得重量很重外形不美的产品，这是走进了采用该种散热方式的认识和设计的误区。
此外，充分降低各节点之间的热阻，以及高效驱动电路的设计和合理安装也是非常重要的。
总之，大功率LED路灯的散热是一个系统工程，需要经过设计、试验和检测三部曲，只有这样才能做到正真的科学与合理。
图2 自然散热的热成像曲线图
我们制作的一款功率为140W的自然散热式大功率LED路灯经检测在25℃常温下，其LED结温温升为37℃，这样的数值在国内业界是不多见的，我们还在作进一步的优化,以得到更理想的结温温度。
图3 大功率LED路灯结温温升曲线图
目前LED热阻大约在8℃/W左右，随着电光转换效率的不断提高，LED热阻也将会继续下降，大大降低了采用自然散热路灯的设计难度，LED综合性能的不断提高加上精心科学的设计，自然散热方式才能真正体现出制造方便、价格低廉、性能可靠的优势，也必将是未来LED路灯散热的主流方式。
二、LED路灯的二次配光
LED的二次光学设计决定了LED路灯的配光及光输出效率。是评判LED路灯整灯质量最重要的组成部分之一。目前LED路灯所运用的LED大致为单颗集成式和单颗阵列式二种，单颗集成式LED模组有30W、50W、100W甚至有200W的，现在厂家用的透镜基本都是采用玻璃制作的，但玻璃加工难度大，批量制造一致性差，机床、模具和工人操作都会对加工精度产生影响。另外也不适宜用PMMA塑料制造，因为集成LED模组所用透镜体形大，为了能够达到配光的效果，内部结构之间的厚度会相差很悬殊，注塑成形后也会因收缩率不同而产生变形，因此难以达到准确配光。
LED路灯矩形光斑的二次配光可以有几种技术来实现。我们采用其中的一种非对称自由曲面技术，透镜呈半球型，不同于现在见得很多的长条型透镜，该透镜具备自主知识产权。
图4 大功率LED路灯透镜
我们的LED路灯采用单颗1W阵列式方案，二次配光直接由单个LED光学元件完成，路灯灯头只要用矩形配光的模块作一个阵列式安装，即可达到理想的使用效果。
图5 大功率LED路灯配光图
整体LED路灯经测试表明达到了比较好的配光效果，其均匀度为0.57。
图6 大功率LED路灯照度模拟图
寄语：
我和我的技术团队在三年多的大功率LED路灯研发过程中取得了一些成绩。共申请涉及大功率LED路灯专利20多件，其中国际专利1件。我深深领悟到大功率LED路灯的设计与制造，首先需要对于LED特性有一个深刻准确的理解，并且这种理解还需要始终贯穿整个过程。某种程度可以这样认为：对于LED特性准确的理解程度与所开发的产品品质成正比，理解的越“深”就越能掌控产品的品质。此外，大功率LED路灯的研发是多学科技术的的合成。最简单的例子就是一个内在质量好的LED路灯，还需要美学的支撑，一个造型优美的外型能让你的产品锦上添花，因为时代和社会都需要美。
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