3大功率LED隧道燈的設(shè)計(jì)方案

　　3.1LED光源的選擇

　　LED單瓦流明輸出是決定LED隧道燈是否具有實(shí)用價(jià)值的基本指標(biāo)，根據(jù)要求，LED隧道燈所用LED的單瓦流明數(shù)應(yīng)達(dá)到80流明以上，在經(jīng)過近三年LED的發(fā)光效率的高速發(fā)展后，現(xiàn)階段可大批量供貨的LED光效已達(dá)90lm/W以上，且亮度還在不斷地提高。表2提供了代表目前國(guó)際最前沿的幾大廠商的已量產(chǎn)大功率1W白光LED的主要技術(shù)參數(shù)。可采用OSRAM廠商LUWW5AM為設(shè)計(jì)光源，利用LED光源有多種不同色溫可供選擇的特點(diǎn)，選取跟日光相近色溫4000~6000K的LED光源，能有效減少“亮洞”和“黑洞”效應(yīng)。

　　3.2配光設(shè)計(jì)

　　根據(jù)隧道照明要求，依不同照明段采用不同的配光燈具，根據(jù)光學(xué)原理和LED光源高指向性的特點(diǎn)，采用合理的配光，在滿足亮度或照度要求的情況下，降低燈具的功率，達(dá)到節(jié)能的目的。

　　(1)隧道進(jìn)口段的引入段、適應(yīng)段和過渡段以及出口段采用不對(duì)稱照明配光(逆光照明)，在相同的照度條件下，與普通照明相比較，能夠提高路面亮度121%，同時(shí)，利用了高指向性的優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)格控制大角度方向的光強(qiáng)，消除大部分眩光。

　　(2)在隧道的基本段，目前常見的配光分布型式有聚光型配光、側(cè)射型配光、朗伯型配光等。不同的應(yīng)用場(chǎng)合適用不同的配光形式，例如：道路照明宜選用蝙蝠翼型配光、射燈宜選用聚光型配光。由于隧道照明的特殊性，隧道照明中燈具的排布密度非常高，所以在隧道照明中對(duì)燈具的二次配光形式不同于一般的道路照明。在隧道照明中蝙蝠翼型配光、朗伯型配光都可以滿足照度均勻度的要求，這主要是由于隧道照明中燈距比較小。圖1給出了兩款LED隧道燈的C0方向配光圖，左邊為道路照明以及隧道照明中比較常用的蝙蝠翼型配光，右邊為朗伯型配光。采用蝙蝠翼配光，即寬光帶對(duì)稱照明配光，在相同的照度條件下，與普通照明相比較，能夠提高路面亮度64%，提高路面亮度均勻度。

　　3.3散熱設(shè)計(jì)

　　LED是個(gè)光電器件，以目前處于世界前沿的大功率LED來說，其工作過程中也只有15%~20%電能轉(zhuǎn)換成光能，其余大部分的電能轉(zhuǎn)換成熱能，使LED的溫度升高。另一方面，LED的流明輸出隨著LED結(jié)溫的升高而降低，而LED壽命隨著結(jié)溫升高而縮短。所以，LED的散熱處理得好不好將直接關(guān)系到隧道燈具的使用效果和壽命。

    目前大功率LED的散熱主要有三種方式：①自然散熱、加裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱及熱管加散熱鰭片技術(shù)等。自然散熱利用自然對(duì)流和熱輻射，結(jié)構(gòu)可靠，易于做防水，但是對(duì)燈體本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求高。②加裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱主要利用強(qiáng)制對(duì)流實(shí)現(xiàn)散熱，熱散速度快，但是成本和噪音高，難做防水。③熱管加散熱鰭片技術(shù)主要利用熱管將LED所產(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo)至散熱鰭片而達(dá)到散熱的目的，無運(yùn)動(dòng)部件，系統(tǒng)穩(wěn)定，但是成本相對(duì)高。

　　由于隧道與一般道路相比，有其獨(dú)特的性質(zhì)，我們采用熱管加散熱鰭片技術(shù)的方式進(jìn)行散熱處理，熱通道垂直設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模塊化方式散熱，使LED結(jié)溫保持在70℃以下，保證LED長(zhǎng)時(shí)間低光衰下穩(wěn)定的工作，提高燈具的維護(hù)系數(shù)，節(jié)約維護(hù)成本。

　　根據(jù)隧道內(nèi)氣流的流動(dòng)特性，對(duì)散熱腔進(jìn)行不對(duì)稱通風(fēng)設(shè)計(jì)，保障空氣對(duì)流散熱，同時(shí)減少汽車產(chǎn)生的油煙等污質(zhì)進(jìn)入散熱腔，吸附于散熱結(jié)構(gòu)導(dǎo)致散熱效率降低。

　　3.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　采用輕質(zhì)的鋁合金外殼，燈具重量在10kg以下。LED光源腔和電氣腔防護(hù)等級(jí)按IP65進(jìn)行設(shè)計(jì)，散熱腔按IP23進(jìn)行設(shè)計(jì)；光源腔和散熱腔采用合理的隔離方式，避免光源腔和散熱腔熱流的相互影響。由于隧道內(nèi)空氣不流通，汽車尾氣摻雜其中，成分復(fù)雜，因此LED隧道燈具應(yīng)具有良好的耐腐蝕、廢氣、煙霧和隧道內(nèi)大氣中含有的其他化學(xué)物質(zhì)，各結(jié)構(gòu)組件外表面均進(jìn)行防腐蝕處理，使其符合GB/T7000.5的防腐要求。

　　3.5電路設(shè)計(jì)

　　LED的正向伏安特性和普通二極管類似，外加正向電壓稍有變化，其正向電流將產(chǎn)生很大變化，致使LED內(nèi)部損耗及發(fā)熱快速上升，嚴(yán)重影響LED的正常工作和壽命。為了防止這種情況發(fā)生，大功率LED一般必須采用恒流方式供電。為了盡可能提高電流源的效率，減少發(fā)熱，電流源的輸入電壓必須得到合理控制，使其最大值在扣除內(nèi)部壓降后同電流一樣，也與LED需要的總電壓相匹配。內(nèi)部損耗小了，電流源的可靠性才能得到保障。

　　隧道照明一般都需要大量的燈具，電力消耗巨大，為了節(jié)能和減少對(duì)電網(wǎng)的“污染”，LED隧道燈的驅(qū)動(dòng)器還要求其功率因數(shù)和產(chǎn)生的諧波必須滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，并適當(dāng)考慮電磁干擾和電磁兼容。

　　(1)采用高轉(zhuǎn)換效率、高穩(wěn)定性的電源，轉(zhuǎn)換效率大于87%，功率因素大于95%，抗外界電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)的開關(guān)電源(96~264V)，配以恒流電路設(shè)計(jì)，以恒流方式驅(qū)動(dòng)LED光源，保證LED的使用壽命。

　　(2)采用適合隧道照明的控制電路，使燈具按隧道不同照明段和不同時(shí)間段進(jìn)行功率的調(diào)節(jié)，達(dá)到良好的照明效果和節(jié)能的目的。對(duì)隧道進(jìn)口段的引入段、適應(yīng)段、過渡段以及出口段采用不同的電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其盡量接近隧道照明曲線要求，達(dá)到最好的照明效果；對(duì)隧道進(jìn)口段和出口段采用定時(shí)調(diào)節(jié)功能，通過PWM調(diào)光調(diào)節(jié)輸出電流或是采用雙電源供電，晚上則以單電源供電，使其功率降低為白天照明的50%，無論在白天和黑夜，都有效減小“亮洞”和“黑洞”現(xiàn)象。

　　4結(jié)語

　　大功率隧道照明LED光源的生產(chǎn)開發(fā)，設(shè)計(jì)應(yīng)用，為國(guó)家鐵路、公路隧道照明增添廣擴(kuò)的市場(chǎng)，它不但為我國(guó)隧道新光源的應(yīng)用填補(bǔ)了空白，而且在低碳節(jié)能環(huán)保的道路上又邁進(jìn)的一步，值得全面推廣應(yīng)用。