LED照明应用于道路灯具中遇到的问题

LED应用于照明领域，是目前我国乃至世界照明界的热门话题，通过从业人员的不断努力，目前照明用白光LED在通常的照明工作条件下的系统效率（包括驱动电路），已达到40lm/w，再加上照明用LED制造成本的大幅下降，所以照明用白光LED已具备应用到一些照明领域的商用条件。

但是，由于我国从计划经济时代以来很多年的产业结构分布所造成的局面，使得目前制造照明LED的产业群体往往缺乏对照明电器基本知识和要求的了解，而传统的照明灯具生产群体也往往缺乏对照明用LED特性的深入了解，在设计和应用中没有充分地利用LED的特点，进行扬长避短的使用，所以造成了在照明LED应用到照明装置中时，产生很多不合理的错误设计。

本文就目前照明用LED应用于道路灯具中的一些主要问题，提出如下的见解。

一、照明用LED在道路灯具中使用的特长

1. 普通道路照明灯具的现状和缺陷

目前道路灯具中普遍采用的光源是高压钠灯或金属齿化物灯，这两种光源的最大特点是，发光的电弧管尺寸小，由尺寸很小的电弧管产生很大的光输出，并且具有很高的光效，前者包括配套电器，可达110 lm/w，后者包括配套电器可达80 lm/w。但这类光源应用在道路灯具中时，只有40%左右的光是直接透过玻璃罩到达路面的，其他的光是通过灯具反射器再投射出灯具的，目前普遍采用此类光源的传统灯具基本都存在两个不足。

一是灯具直接照射的方向上照度很高，在次干道上可达50 lx以上，这一区域属于明显的过度照明，而两个灯具的光照交叉处的照度仅为灯下照度的40%～20%。

二是此类灯具的反射器的效率一般仅为50%~60%，所以有60%左右的光输出在灯具内，是在损失了40%~30%后再投射到路面上的。 此类灯具的总体效率一般都在70%左右（国际着名品牌的此类道路灯具其效率可达到80%），并且上述的过度照明区域中过多的照度也属于浪费。

此类灯具的总体效率一般都在70%左右（只有国际着名品牌的此类道路灯具其效率可达到80%），并且上述的过度照明区域中过多的照度也属于浪费。综合分析上述传统的道路灯具其综合的有效照明效率（扣除过度照明部分）仅为50%。也因为上述原因，目前我国次干道的照明效果（路面照度和照度的均匀度）基本都达不到CJJ45-2006和CIE31以及CIE115标准的要求。

2.目前采用LED光源的道路灯具的配光现状

目前LED在道路灯具中使用的最普遍形式主要有两类，一类是采用传统的道路灯具外壳，只是在灯具内，在一个几乎是平板的安装面（也是反光面）上，装上了矩阵式的LED，这种设计方式是不可能得到良好的灯具配光的。

另一类是把多个LED集成在一个圆形的区域内（区域直径大约为30mm~40mm），使这一小区域的光输出密度接近高强度气体放电灯，再利用灯具反射器进行配光，但这种设计方式的灯具分布光度也不会优于传统的道路灯具，并且由于在一个很小的区域内集成了高密度的LED，使LED的散热情况明显不良，不仅影响到LED的发光效率，而且也往往影响到LED的使用寿命。

3.照明用LED的特长及应用

目前照明用LED的最大特点是具有定向发射光的功能，因为目前功率型LED几乎都装有反射器，并且这种反射器的效率都明显高于灯具的反射器效率。另外，LED的光效检测时已经包括了自身反射器的效率。采用LED的道路灯具应尽可能地利用LED的定向发射光的特性，使道路灯具中的各个LED分别直接把光线射向被照路面的各个区域，再利用灯具反射器的辅助配光，来实现很合理的道路灯具的综合配光。

应该说，道路灯具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115标准的照度和照度均匀度要求，灯具内应包含三次配光的功能才能比较好地实现。，而带反射器的并且具有合理的光束输出角度的LED本身就具有良好的一次配光功能。

在灯具内，能按照路灯具高度及路面宽度设计各个LED的安装位置和发射光的方向就能实现良好的二次配光功能。在此类灯具中的反射器，只作为辅助的三次配光手段，来保证道路照度更好的均匀度。

目前各级政府都大力推行节能减排，在室内照明中，已经强制执行照明功率密度（LPD）的限值。我国的道路照明节能认证的技术标准《道路照明灯具节能认证技术要求》将在明年初完成，该技术要求提出了道路照明功率密度（LPD）的考核要求，其核心部分是在满足道路路面的照度和照度均匀度的前提下尽可能地降低照明功率密度（单位：W/m2），从而达到节能的目的。

上述采用LED的道路灯具的设计思路正是迎合了《道路照明灯具节能认证技术要求》考核要求。目前加拿大政府已经按道路照明功率密度（LPD）的要求，推行其道路照明节能工作，估计在不远的将来会有更多的国家按LPD的要求推行其道路照明节能工作。

在实际的道路照明灯具的设计中，可采用在基本设定每一个LED设射方向的前提下，把每一个LED用球形万向节固定在灯具上，当灯具使用于不同的高度和照射宽度时，可通过调整球形万向节使每一个LED的照射方向都达到满意的结果。在确定每一个LED的功率、光束输出角度时，可根据E（lx）=I（cd）/D（m）2 （光强和照度距离平方反比定律），分别计算出各LED在基本选定光束输出角度时应该具备的功率，并且可以通过调整各LED的功率以及LED驱动电路输出给每一个LED不同的功率来使每一个LED的光输出都达到预计值。这些调整手段都是采用LED光源的道路灯具所特有的，充分利用这些特点就能实现在满足道路路面的照度和照度均匀度的前提下降低照明功率密度，达到节能的目的。

结论语

LED作为一种新颖的固体光源，具有生产过程及产品几乎无污染，不怕震动，可实现0~100%的连续调光，可在特低电压下工作，可连续工作于开关、闪断的工作状态以及其输出光具有定向性等诸多的独特优势，近年来在其光效和光色上的明显进步已使它能进入商业化应用，但是在设计使用时一定要充分关注LED的特点，进行扬长避短的应用，才能取得预期的良好效果。

目前的LED应用在道路灯具中，应充分发挥其具有定向光输出的功能，利用每一单个LED特定光束输出角度和不同的光强输出以及安装方向的合理设计和灯具反射器的作用，实现三次配光，最大限度地利用LED的直射光和定向性来保持LED发射光的充分利用，保持道路照明的均匀性，以此来防止局部区域的过度照明，弥补自身发光效率的不足，使系统效率得到可观的提高，在次干道上可取得在照度满足标准要求的前提下，其单位面积的照明能耗比采用高压钠灯的灯具节能约30%的成绩。但LED就现在的能效水平以及输出光强水平，作为商业应用在主干道路作为主照明，尚有不少差距。 另外，采用LED作为光源的道路灯具，在设计时应在满足IP防护的前提下，保证散热的可靠和持续有效，LED驱动电路应具有高效率且完善的EMI和EMS的防护特性。具备这些特点的LED道路灯具不仅照明功率密度（LPD）指标好，而且具有输出光无频闪的优点，这对于运动物的照明是十分有益的。