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        1. 新聞動態

          公司新聞

          大功率LED路燈發展前景及問題分析

          文字:[大][中][小] 2013-9-27  瀏覽次數:1552

            LED路燈散熱的好壞是決定其生命周期、發光效率的關鍵,其重量在路燈系統上也十分重要,它的價格在能否大面積替代傳統的路燈上也是不可忽視的因素。
            1、前景展望

            在當今全球能源緊缺的環境下,節約能源已成為大勢

            所趨,半導體照明是一項節能、低碳環保的綠色產業,其發展方興未艾,受到國家的鼓勵和政策扶持。LED正以其節能、環保、光源健康和高壽命、環保無污染等各種優點穩健發展。目前,LED照明技術日趨成熟,這使得城市路燈照明節能改造成為可能。LED路燈,特別是大功率LED路燈,正以迅猛的速度沖擊傳統的路燈市場。

            大功率LED光源壽命長,是高壓鈉燈壽命的4倍以上,使用10萬小時后,光衰低于30%,耗電僅為白熾燈的十分之一,可以在-40℃~70℃正常工作,不產生任何環境污染,維護成本低,使用時具有投光距離遠、泛光面積大的特點,徹底解決了傳統燈具存在的多種弊端。

            2、問題分析

            大功率LED路燈顧名思義是功率大于30瓦以上,采用新型LED半導體光源的路燈,盡管LED路燈的發展速度迅猛,但從長遠看LED燈具的散熱問題將是一個長期存在的問題。

            一般情況下,LED光源工作時所產生的熱量占其消耗總功率的70%左右,它發光時所產生的熱量若無法導出,將會使LED結面溫度過高,進而影響產品生命周期、發光效率、穩定性。

            光衰是大功率LED路燈不能長期工作的主要原因,降低光衰的一個重要方法就是改進其散熱。目前大多數LED路燈的光衰是不能滿足使用要求的。有關實驗數據表明1200小時亮燈后的光衰,最好的為8%,最差的為26%,平均為14%.從傳熱學理論體系出發,我們可以使用的傳熱手段有:傳導、對流、輻射和相變傳熱(例如熱管)。因此在傳熱或者說散熱問題上,我們可以采取的措施是可見的、有限的。

            重量在路燈系統上也十分重要,因為路燈高有9米,甚至12米,若太重危險性就增加,對于行人及過往車輛的安全構成威脅,尤其遇到臺風、地震都可能產生意外。

            LED是一種單向電流型固態半導體發光器件,它是傳統二極管的一個分支,具有二極管的特性,用于照明時電流的調節精度要高、電流的紋波要穩定,從而保證LED照明沒有閃爍和眩光。因次大功率LED光源產生的熱量大小跟恒流驅動的設計有直接關系,如果恒流驅動設計不好,有效功率不高,熱量非常高,什么散熱辦法都不能從根本上解決LED的壽命不夠長的問題。好的恒流驅動的設計是治本方法,能把散熱減到最低,而各種散熱方法只是治標不治本的方法,只是輔助解決問題,只有在解決好電路問題的前提下,再來考慮內部散熱問題。

            高導熱系數軟性硅膠導熱絕緣墊正被廣泛地應用在LED照明、顯示器、計算機和電源等電子設備行業。表面構造密合接觸,減少空氣熱阻抗,利用本身所具備的導熱特性,最大程度滿足器件的工藝傳熱要求,提升器件使用功率及延長使用壽命。軟性導熱硅膠絕緣墊是傳熱界面材料中的一種,產品厚度從0.5~5mm不等,是片狀材料,可根據發熱功率器件的大小及形狀任意裁切,具有良好的導熱能力和絕緣特性,其作用為填充發熱功率器件與散熱器之間間隙,是替代導熱硅脂、導熱膏加云母片(絕緣材料)的二元散熱系統的理想產品。特別是在無風扇散熱設計中,因軟性硅膠導熱片導熱好,絕緣強,有一定的彈性,將芯片上的熱量,利用軟性硅膠導熱片等一直傳到產品外殼,通過金屬外殼散熱,使用很方便。

            3、現狀分析

            目前LED路燈的現狀為以下幾種形式:

           ?。?)采用LED路燈專用型材,再配以其它零件組成LED路燈,它比較適合于分散光源的LED燈,即單顆功率為1~3W,由數顆均勻分布組成不同功率的LED燈,這種形式散熱效果好,但重量大、成本高,大面積推廣難度較大。

           ?。?)采用鑄造鋁合金將散熱片與燈殼鑄為一體,由于鑄造鋁合金傳熱性不夠好導致這種燈殼散熱不夠理想,且重量大、這種路燈一套模具費用大約20多萬元,初始投入高。

           ?。?)鑄造鋁合金燈殼與型材散熱器相結合,這種形式散熱效果尚可,但同樣是重量大、需要開模具,初始投入高。

           ?。?)利用傳統的路燈燈殼進行改造,將LED光源產生的熱量用導熱銅管引到燈殼外面散去,這種路燈初始投入低,散熱效果好,重量輕,成本低,比較適合大面積推廣,其缺點是外表美觀性不很理想。按照這種構思,從2009年夏天開始,我們做了大量的實驗,取得了較好的效果,在炎熱的夏天,其光源芯片附近的最高溫度不超過50℃,2009年10月,我們公司已生產1000多部這種路燈、部分隧道燈、投光燈,主要銷售于隴南地區的宕昌縣、武都等地,至今照明效果很好。

            4、散熱問題解決辦法

            傳統的(高壓鈉)路燈燈殼均為模具壓鑄而成、品種多樣,改造為LED路燈,不僅節能可達70%左右,而且滿足了人們對路燈多樣化的需求,但如何改造是擺在人們面前的一大問題。我們經過實踐探索,摸索出了一套方法,主要歸納為以下幾點:

           ?。?)這種方法僅適合于LED光源發光體集中的形式,目前這種光源多為50W及100W兩種。

           ?。?)我們將航天科技中的“導熱銅管”散熱技術應用于大功率LED燈具,它可以將LED光源工作時產生的熱量迅速傳導于散熱片。LED光源下面是鋁基座,鋁基座上面加工成大半圓孔,“導熱銅管”穿與大半圓孔中,上表面輕輕敲平,粘上軟性硅膠導熱絕緣墊或者涂上導熱硅脂,再將LED光源緊固其上,這樣LED光源工作時產生的熱量就可通過“導熱銅管”傳導于散熱片上。一組散熱片用這樣的銅管2~3根為宜。

           ?。?)散熱面積的大小對于散熱的好壞起著十分重要的作用,為了盡量增加散熱面積,我們采用0.5mm厚的防繡鋁板作為散熱片,散熱片上翻孔,使其與“導熱銅管”緊密接觸、加大傳熱面積,以達到較好的傳熱效果。

           ?。?)一組這樣的散熱片約為30片左右,其片數由單個散熱片的面積大小及LED的功率大小決定。它的特點是散熱面積可以做得很大、重量卻較輕。散熱片暴露于路燈殼上面或側面,能夠很好的完成對流、輻射,將熱量散于空氣中。散熱片可以做成各種形狀,如鴿子、鳥的翅膀等。

           ?。?)由于路燈殼體多為鑄鋁,也能夠起到一定的散熱作用,必須加以利用。因此鋁基座與燈殼之間也要涂導熱硅脂或粘貼軟性硅膠導熱絕緣墊,再用螺釘將鋁基座與燈殼聯接牢靠,使其起到較好的傳熱作用。如果路燈殼體內有小的平臺沿或平面,可以架一塊厚鋁板,將鋁基座固定于鋁板上,涂上導熱硅脂等,使盡可能多的熱量傳導燈殼上散去。

            總之,在大功率LED路燈設計應用中,首先要設計或選用好的恒流源及光源,其次要充分利用路燈殼體進行散熱,再次設法將LED光源所產生的熱量迅速傳導到殼體外,用較大的散熱面積將熱量散去,并且路燈的重量不宜過大。

           

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