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LED路燈.LED街燈技術關鍵

LED路燈.LED 燈具的開發上必須特別注意的是 LED 光源、熱傳設計、光學設計、燈殼外型設計.電控電源開發

LED路燈.LED街燈的重要考量因素為何?如何設計LED路燈.LED街燈方能使得LED路燈發揮最大的效能? 

   

在 LED 燈具的開發上、有幾個重點是我們必須特別注意的、它們分別是 LED 光源、熱傳的設計、光學的設計、燈殼外型設計、和電控電源的開發。針對這幾個關鍵說明如下:      

(一)LED 光源:目前市場主流仍多是採用美國 Cree或Lumileds產品、光源成本占整個產品的 60%以上、由於售價控制於國外大廠使得產品售價居高不下。數個封裝好的 3 – 5 Watts 的高功率模塊被廣泛的使用中、甚至 8-10W 的模塊也有廠商使用。許多國內的封裝廠在高功率的 LED封裝上做了些試驗但在封裝的基板設計、封裝的技術、材料的選用、(固晶膠、螢光粉、封膠材料等)以及製程的參數等都還有進步的空間!不好的光源即使散熱處理得很好的LED 路燈中也會在 3-6 個月內產生嚴重的光衰現象。目前則預估高功率的 LED 集成模塊因為比較容易配合光學設計的需求將會成為 LED 路燈應用的市場主流。   

(二)熱傳的設計:LED 光源的壽命和光衰與其節點的工作溫度有很密切的關係。溫度每增加 10 度 C 其信賴性就會減少一半。許多樣品用了許多的鋁擠散熱基構、壓鑄件和鰭片等等的散熱件來幫助 LED散熱導致燈頭太重並不適合掛在現有的燈柱上。散熱設計的重點在於要有愈短愈好的熱路徑的設計、熱必須能在最快速的方法將熱導出然後散出。導出去不能有效的散熱或是沒能在第一時間有效地導出熱都是不好的設計。一些主動是散熱的設計例如風冷的風扇和水冷式的技術都不適合嚴苛的戶外照明環境應該避免這樣的設計。熱導管是廣泛應用在計算器電腦的一種散熱的技術。每個月的熱導管需求量約是1000 萬支、所以這個成熟的技術很適合應用在高功率LED 的散熱設計上。對於某些需要在小面積內設計高密度的 LED 應用就建議用熱板(Vapor Chamber) 的技術、不過在可能的情形下建議盡量分散 LED 也就是分散熱源、不但散熱的設計較好做、就連光學的設計也是較好的方式。因為一般的燈殼都是以金屬為材料、所以建議用可彎曲和壓扁的熱導管連結 LED 和燈殼做到最有效和低成本的散熱設計!熱導管的應用加上配合一些結構上的設計來幫助提高自然對流的能力是我們設計的重點應該也會是未來的趨勢。    

 (三)光學設計:不同的光源必須有不同的光學設計、即使相同的光源但是應用在不同的專案中也要有新的設計。LED 光源沒有傳統光源向四面發光的缺點、其高方向性的單面發光特性會有比較好的光學設計。集成模塊光引擎的二次光學設計不論是用透鏡或反射杯(reflector)都會是整個燈具最重要的一環、提升整體燈具的出光效率是很重要的工作、傳統燈具隻有約 65%的出光效率、但以 LED 路燈來講 80%以上的出光效率應該是 LED 路燈的目標。LED 光源不適合緊密的排列在一個平面上、這樣會增加光學設計的困難無法提升出光效率和高均勻性光場的要求。對於眩光的問題可以利用 LED 排列的方式和位置的安排來控製。另外對於中間視覺的現象是有助於 LED 路燈的推廣因素但需要更多的實驗數據來支持這個理論。  

(四)燈殼外型設計:  結合熱導管雖然可以將熱傳導致就有的傳統壓鑄燈殼、但考慮燈具的出光效率所需的光學設計我們還是建議採用兼具散熱和光學設計要求的新設計燈殼。IP65 的需求仍是設計上的一個重點。模組化的高功率 LED 模塊會提供較好的設計彈性、使得各式各樣的 LED 燈殼設計能達到美觀又實用的目的。    

 (五)電控電源:傳統納燈需要將電源和燈泡(光源)放得很近來確保納燈能正常點亮!但 LED 光源不需要如此、許多設計沿用舊思維將電源部份放在燈頭裏面或是背負在燈頭上面。理論上因為電源部份和 LED 光源有不同的壽命所以將他們一起放在極難維修的高空中是一種不好的設計!所以我們建議採取分開設計和安裝、將電源電控部份安裝到燈杆下面以方便維修。電控部份採用高效率的交換式電源供應器再加上依負載端(LEDs)設計的定電流穩定線路(PWM Dimming) 智慧型的電控係統可以達到進一步省電、監控、保全的目的、這些附加價值是傳統燈具做不到的、我們卻可以整合到 LED 燈具中!或許再加上 Wireless 的工能進一步節省信號電纜的費用、採用Zigbee 的 RF 無線 IC 可將信號無線傳輸於兩個路燈燈頭之間、進而串聯成一個無線的聯絡網。高售價的 LED 路燈考驗著大家對這類產品的接受程度、就跟當年推出省電燈泡一樣,省電燈泡曾經有著政府的補助計畫,卻仍得不到廣大消費者的接受以取代傳統的白熾燈泡。尤其前面說過如果占總體成本的六成以上關鍵零件(LED 模塊)的價錢是掌控在國外大廠手上、那要降價就更不可能、如果不降價,那這個市場就會和當年省電燈泡一樣叫好不叫座。預計國內的封裝和晶片技術成熟後能將 LED 模塊的成本降低至整個燈具成本的三成左右才有可能普極化的採用LED 路燈來取代傳統的高壓納燈。一般來講若以直接取代傳統納燈的方式來採用 LED 路燈、依目前的售價和電費的結構約需  3 年左右方能將初期的投資差額回本!但若用新設計加大燈柱之間的距離、並考慮用較細的電覽縣的節省再加上電費的節省等等、回本的時間就大幅縮短在一年左右。其實LED路燈.LED照明除了降低電力消耗成本外、更能大幅降低二氧化碳的排放量!只是,以目前較昂貴的價格、仍舊是未來是否能普及到各國的考驗之一!    

 

 


高壓鈉燈和LED路燈之間的差異

From  http://www.youtube.com/watch?v=LJHLopzGz3Q&feature=related 

 

 

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