LED道路照明光衰預補償技術研究

余劍青

(深圳市市政設計研究院有限公司，深圳 518000）

0 引言

LED路燈(Light Emitting Diode，發光二級管）即半導體照明燈。它是一種基于半導體PN結形成的用微弱的電能就能發光的高效固態光源，在一定的正向偏置電壓和注入電流下，注入P區的空穴和注入N區的電子在擴散至有源區后經輻射復合而發出光子，將電能直接轉化為光能。它是一種固態冷光源，具有環保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點。發光性能會隨時間和溫度衰退已為人們所認識，這是大功率LED照明當前面臨的一個重要問題。由于大功率LED的價格還比較高，要想通過LED獲得相對其他光源更好的投資回報，就必須靠長壽命，同時盡可能節省電費來彌補燈具的高價格。目前國內大功率LED照明為解決光衰問題，通常的做法是在燈具達到預期壽命前，燈具提供超過需要的光通量，在燈具的使用過程中光通量逐步降低，當燈具到達預期壽命時燈具的光通量接近實際需要值。這種做法雖然簡單，但無疑浪費了電能，過度照明也影響了燈具的壽命，因此找到更好的光衰解決辦法是很有意義的。

1 研究的必要性

1.1 節能減排

大力響應國家節能減排政策，實現國務院提出的單位生產總值能耗降低20%左右，污染物排放總量減少10%的約束性指標。

1.2 實施意見

根據廣東省政府近日印發的《廣東省推廣使用LED照明產品實施方案》意見，一是設定了推廣應用的范圍。公共照明領域一律采用LED路燈、隧道燈、庭院燈和景觀燈等照明產品，原有的非LED照明產品，要在3年內到2014年前實施分期分批改造完成。涉及財政及國有資本投資建設的LED照明示范工程一律使用LED照明產品。廣州的南沙、深圳的前海和珠海的橫琴等新規劃建設的新區一律使用LED照明產品。發改部門負責把使用LED照明產品作為財經投資建設項目審批立項的前置條件。

1.3 城市形象

使用科技含量較高節能環保的綠色照明，有助于城市整體形象的提升。

1.4 照明質量

與傳統路燈相比，LED路燈顯色指數高，真實反映路況和環境狀況，大大提高道路照明的質量。

2 規范分析及與傳統照明比較

《城市道路照明設計標準CJJ45－2006》規定了機動車交通道路照明標準見表1。

表1 機動車交通道路照明標準

該標準基于高強氣體放電燈的應用，參照了CIE的亮度評價系統，并根據我國的經濟發展水平和城市道路照明狀況，提出了高檔值與低檔值的區分。目前隨著LED在道路照明的廣泛應用，因LED燈具高顯色性、高色溫、定向發光等特點，對道路照明標準提出了新的課題。

傳統照明:按選定的照度，道路照明設計需考慮維護系數的影響，維護系數為光源光衰系數與燈具因污染、老化后的光衰系數之乘積。《城市道路照明設計標準CJJ45－2006》規定，不準通行貨車的路段的維護系數取0.7，準許通行貨車的路段的維護系數取0.65。可通行貨車，按規范規定維護系數取0.65，意味著在路燈初始安裝至光衰穩定的較長時間內，道路都處于過度照明的狀態中，最大可達35%。而CIE的研究表明，路面平均亮度超過2 cd/m2后，照明增加對能見度的改善微乎其微。這造成了極大的能源浪費。

傳統的HID道路照明燈具受調光技術的限制，無法有效解決這個問題。而LED燈具可以通過調整芯片驅動電流，在現有技術下即可輕松實現無級調光，完全解決上述問題。同時，在額定驅動電流以下，大部分LED芯片單位光效會高于額定光效，而且更有利于控制結溫的上升，從而減小光衰，延長壽命。

我國現階段適用于道路照明的光源有高壓鈉燈、陶瓷金鹵燈等氣體放電燈，以及近幾年新開發的光源LED燈。這三種代表性的光源性能參數比較見表2。

表2 光源性能參數比較

續表

3 具體應用情況

(1）根據研究結果，在照明系統設計時，運用確定的標準進行照度計算和設計。

(2）靜態補償——即研究LED芯片光衰曲線，將預補償曲線固化在LED燈具驅動模塊中，沿路的燈具獨立運行，按時間進度自動進行補償，以實現控制的智能化，同時實現節日/平時/后半夜燈多種照明模式運行。

(3）具體工程實例:深圳市高快速路照明及監控設施工程，本項目的工程范圍包括:機荷高速公路、鹽壩高速公路(A段）、南光高速公路、龍大高速公路及清平高速公路一期工程。全程長120 km，該項目路燈全部采用LED靜態補償技術。傳統LED照明設計，在燈具壽命前燈具始終處于過度照明的狀態，對于新燈來說過照明甚至達到30%以上，而通過智能光衰補償方式，有效地延長了光源和驅動器的壽命，提高了照明質量，充分體現了綠色照明理念，實現了節能減排。

4 小結

從LED的正常使用看，影響LED壽命的最主要的因素就是熱。熱量的來源，主要是LED產生的熱，大功率LED將20% ～30%的電能轉換成光，70%左右的轉換成了熱量，熱量的積累使得溫度升高，溫度升高使得芯片的性能衰退、材料老化、變性。當前，另外應用不當(供電不當、散熱不良等）也是引起光衰的原因，因此合理采用光衰預補償技術能夠有效解決燈具光衰問題，同時在LED燈的大范圍推廣方面也能夠起到至關重要的作用。