常見(jiàn)問(wèn)題

隨著節(jié)能環(huán)保理念的深入，LED路燈已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1].當(dāng)前，現(xiàn)有技術(shù)中的LED路燈通常使用無(wú)數(shù)小的單顆粒式光學(xué)透鏡、高功率LED燈珠的反射透鏡、以及COB集成式單體式大透鏡[2].無(wú)數(shù)小的單顆粒分離式塑料透鏡或單顆粒連體式透鏡易于加工，成本較低，但所占面積太大，導(dǎo)致PCB鋁板面積以及燈殼體面積較大、成本高，防水區(qū)域加大致風(fēng)險(xiǎn)更高，而且燈體造型設(shè)計(jì)靈活性不夠；高功率LED的采用導(dǎo)致用電成本升高[3-4]；單體大透鏡的材料多為玻璃，少數(shù)為有機(jī)玻璃或塑料.玻璃具有透光率高，易于清潔和良好的耐候性的特點(diǎn)，但總體成本高、工藝穩(wěn)定性差，有機(jī)玻璃透光率低，容易黃化.

基于上述問(wèn)題，本文介紹了一種由4顆中功率3030雙晶燈珠組成的LED路燈模組，利用DIALUX軟件，針對(duì)道路照明要求的照度均值、照度均勻性、環(huán)境比、亮度均值、亮度均勻性等指標(biāo)，對(duì)該模組進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn).從DIALUX仿真結(jié)果看，該模組可完全滿足城市主干道路路燈的技術(shù)要求，具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景.

1 路燈模組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，該中功率LED路燈模組包括：散熱器、固定于散熱器上的PCB鋁基板、用于罩住PCB鋁基板的塑料透鏡以及設(shè)于塑料透鏡與PCB鋁基板間的防水膠圈.散熱器設(shè)有用于固定PCB鋁基板的基座，PCB鋁基板背面通過(guò)導(dǎo)熱膠與散熱器基座固定；PCB鋁基板正面焊接有若干燈珠組，每個(gè)燈珠組由多個(gè)緊靠在一起的LED燈珠組成；塑料透鏡包括用于貼靠PCB鋁基板正面的矩形面板，由面板向上凸起用于罩住燈珠組的多個(gè)透鏡罩，由面板向下延伸用于包覆散熱器基座邊沿的凸沿，以及設(shè)于凸沿底面用于卡主基座邊沿的卡扣；透鏡通過(guò)其凸沿底面的卡扣卡主基座邊沿與散熱器固定，單個(gè)透鏡罩罩住對(duì)應(yīng)的燈珠組.

2 LED模組配光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 模組結(jié)構(gòu)圖

1-散熱器；2-PCB鋁基板；3-塑料透鏡；4-防水膠圈；5-防水接頭；6-LED燈珠組；31-矩形面板；32-透鏡罩；33-凸沿；34-卡扣.

圖2 模組配光結(jié)構(gòu)圖

1-玻璃透鏡；2-防水橡膠圈；3-螺絲.

如圖2所示，該LED路燈模組的配光結(jié)構(gòu)[5-9]包括：焊接有燈珠組的PCB鋁基板，以及用于罩住燈珠組的塑料透鏡.該燈珠組由4顆中功率3030雙晶燈珠組成，雙晶LED燈珠光效高發(fā)光面積小，根據(jù)現(xiàn)成自動(dòng)化貼片機(jī)最小精度設(shè)計(jì)成最緊湊的位置結(jié)構(gòu)，4顆相鄰燈珠的間距在 0.3～1.0 mm之間，成完全正方形放置，這樣可使整體透鏡設(shè)計(jì)在做到盡可能小的同時(shí)加工性能較好，且4顆燈珠呈正方形分布.塑料透鏡采用防UV的PC材料，為一凸曲面罩，呈中空半球面形.該凸曲面罩的內(nèi)腔直徑大于正方形燈珠組的對(duì)角線長(zhǎng)度.安放燈珠組的PCB鋁基板的導(dǎo)熱系數(shù)在1～10 W/mK之間.該塑料透鏡通過(guò)膠粘、卡扣或螺絲固定于PCB鋁基板上或固定于距離PCB鋁基板一定距離的位置.PCB鋁基板上焊接著多個(gè)燈珠組，各燈珠組單獨(dú)配置塑料透鏡，或各燈珠組共用一個(gè)整體式塑料透鏡，該整體式塑料透鏡設(shè)有與燈珠組一一對(duì)應(yīng)配合的多個(gè)凸曲面罩.塑料透鏡與4顆中功率3030雙晶燈珠組成的模組，可由分離式塑料透鏡或連體式透鏡與PCB鋁基板不同區(qū)域的許多簇4顆中功率燈珠的組合來(lái)達(dá)到同樣配光下不同的光通量.

3 模組配光分析

圖3所示為該結(jié)構(gòu)的配光曲線圖.塑料透鏡折射率為1.586，光被折射兩次聚集到所要求的配光方向，從而提高了光強(qiáng)一致性和擴(kuò)散均勻性，同時(shí)可得到路燈照明常見(jiàn)要求的特定蝙蝠翼形狀配光曲線[10].

圖3 透鏡光學(xué)效果與配光曲線圖（彩圖見(jiàn)封二）

4 模組仿真測(cè)試

利用DIALUX軟件[11-13]對(duì)該配光結(jié)構(gòu)進(jìn)行了道路照明仿真實(shí)驗(yàn).道路設(shè)定為雙向4車道（如圖4所示），路寬18 m，桿高10 m，桿距25 m，燈臂長(zhǎng)度1 m，燈具仰角15°.仿真結(jié)果如表1所示.

圖4 設(shè)定道路類型示意圖

由表1可知，照度均值、照度均勻性、環(huán)境比（SR）、亮度均值、亮度均勻性、眩光限制閾值增量（T1）等主要指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)城市主干道路路燈的技術(shù)要求[14].仿真光源分布如圖5所示.

圖5 仿真光源分布圖（彩圖見(jiàn)封二）

表1 DIALUX仿真結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

5 應(yīng)用實(shí)例

在江蘇省常熟市沿江開(kāi)發(fā)區(qū)主干道路上對(duì)本設(shè)計(jì)（實(shí)物如圖6所示）進(jìn)行了測(cè)試.路燈布置方式采用雙側(cè)對(duì)稱布置，燈間距30 m，車行道寬度10.5 m（半幅），安裝單桿單懸挑路燈，高11.5 m.測(cè)試當(dāng)天晴天， 無(wú)月光， 測(cè)試時(shí)間：21∶15—21∶25， 采用的測(cè)試儀器為臺(tái)灣泰仕高精度照度計(jì)TES-1339，測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示.

圖6 中功率LED模組實(shí)體圖

從表2所示的路燈模組照度測(cè)試記錄上看，最小照度為14.07 lx，路面最大照度為30.79 lx，路面平均照度為22.424 72 lx，達(dá)到城市主干道的國(guó)際照度要求，采用該設(shè)計(jì)方案完全可滿足路燈照明的技術(shù)要求.

6 結(jié)論

利用3030雙晶LED燈球設(shè)計(jì)的這種路燈模組，其尺寸緊湊，透鏡制造工藝簡(jiǎn)單，光效高.仿真測(cè)試和實(shí)際測(cè)試結(jié)果均顯示，該路燈模組的各項(xiàng)照明指標(biāo)均達(dá)到城市主干道路路燈的技術(shù)要求.隨著智慧燈聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，下一步考慮將該路燈模組與無(wú)線路燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，構(gòu)建LED智慧照明控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制并可通過(guò)PWM進(jìn)行路燈亮度調(diào)節(jié)，以使照明系統(tǒng)更加智能和節(jié)能.

表2 路燈模組照度測(cè)試記錄 lx