大功率LED道路照明系統設計及驅動電源的研究

中國汽車工業工程有限公司 徐建偉

大功率LED道路照明系統設計及驅動電源的研究

中國汽車工業工程有限公司 徐建偉

LED照明具有技術要求高、功率大、工作發熱量高等特點。本文針對大功率LED路燈的推廣與運用展開了簡要分析與探究，并明確指出大功率LED路燈設計中的關鍵技術；即配光設計、散熱結構和驅動電路研究，以及大功率LED路燈照明設計的優點和未來的發展趨勢。

驅動電源；大功率LED；道路照明設計

0 引言

LED節能燈作為LED通用照明的一種，它具有成本低、發光面積大、光效高、無重影的特點，被廣泛的運用到各個鄰域中，在城市道路照明中推廣大功率LED路燈是未來發展趨勢，然而在道路照明設計中的幾個關鍵技術還需要牢牢地掌握。其中，染光源具有其特有的發光照明特性，在現代照明應用中發揮著革命性的作用。作為LED照明產業鏈中最為核心的零部件之一；對LED驅動電源的驅動控制技術所存在的可靠性低、成本高等典型問題一直制約著LED照明的發展。對于多路LED驅動電源技術的開發與可靠性研究是當前業界研究的一個重要課題。

1 大功率LED道路照明系統設計分析

1.1 配光設計

就道路照明而言，LED路燈的配光設計最普遍的，其按照形狀可分為弧形和平面兩種?；⌒闻帕械腖ED路燈每一個LED模組不是軸對稱的反光環，就是全反射透鏡，這就使LED透鏡模組有順序地呈現在一個弧面上，從而出現長方形配光；與之相反，平面排列的LED路燈所運用的自由曲面透鏡并不對稱，它是由獨立的LED光學元件呈現長方形配光，燈的整體部分也將上述配光的LED模組在平板上有序呈現出來。所以，在進行道路照明燈具設計應包含以下因素；諸如道路照明明亮性、照明度均勻性、環境比、眩光要求、道路照明LPD。顯而易見，身為道路照明燈具中的翹楚—LED路燈，上面所提到的要素自然都是必不可少的，與此同時，配光設計也就成了不可或缺的重要部分。為了實現更盡如人意的配光，首先要把握光強的分布，進而要全面分析各方面因素對配光設計的制約，例如，燈具安裝的高度數與路面的寬度數等。

1.2 散熱結構

LED路燈要解決的問題不只一個方面，散熱無疑是主要問題。白熾燈會產生灼熱的高溫，而LED則不然，它是冷光源。另外，就LED自身的屬性來說，正因為它耐溫，才能確保芯片始終在安全的溫度環境下運行，我們經常講的LED燈壽命比較長的優勢就是在這一方面得以體現的。因此，要想既增強LED路燈能效，又降低光衰，還能增加使用壽命，關鍵是要提高LED路燈的散熱水平。所以在大功率LED道路照明燈設計中，科學合理的運用散熱設計是有必要的。

2 大功率LED道路照明驅動電源的研究

大功率LED道路照明運用中所需要的驅動電源是直流低電壓式，因為傳統的電源配置并不能對它進行直接驅動，所以，在實際應用中要對普通的穩壓電源和降壓進行改良。在驅動電源中必須滿足恒流輸出效率、過流、過壓、散熱、過溫保護、功率因數等諸多要素；由于各種不同規格的LED電源性能和轉換效率都不一樣，所以一定要選擇合適高效的LED專用電源，才能真正的做到LED光源具備高效能其獨特性的目的?？偠灾?，大功率LED電源在實際工作中的穩定性、節能性、使用壽命的長短都起著至關重要的作用。按照LED電源驅動方式可以分為兩大類，即穩壓式電源和恒流式電源。

2.1 LED穩壓式電源

2．1．1 電路構成與工作原理

穩壓式電源電路構成及工作原理如圖1所示

圖1 穩壓式電源電路

2．1．2 優缺點比較

優點 缺點能耗小、體積小、重量輕、效率高、穩壓范圍廣、不怕負載開路控制電路比較復雜、對元器件要求高、亮度不穩定

在穩壓式電源電路構成中使用了大功率的晶體管開關，這種開關的轉換速度相當的快，迅速可以恢復二極管和高頻變壓器；使大功率晶體管開關的功耗降到最小，對電源的使用效率可以大大地提升。因為在這個電路構成中沒有使用較為笨重的工頻變壓器、晶體管開關的功耗又很小、去掉了較大的散熱片；所以，電源的體積就會縮小、重量也會隨著減輕。因此，在電路電壓輸出的過程中由激勵信號的占空比來進行調節，工頻輸入信號電壓的變化可以通過脈沖調節來進行補償，所以在電網電壓發生較大變化時仍然可以保證輸出電壓的穩定性能。

圖2 恒流式電源電路

2.2 LED恒流式電源

2．2．1 電路構成與工作原理

恒流式電源電路構成如圖2所示。該恒流驅動電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內變化。

2．2．2 優缺點比較