LED庭院燈設(shè)計(jì)概覽

張海鋒

（昕諾飛燈具（上海）有限公司，上海 200233）

引言

LED照明技術(shù)在各種照明場(chǎng)合的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，國(guó)際和各個(gè)國(guó)家已經(jīng)對(duì)LED照明的節(jié)能效果有充分的肯定，頒布了各種針對(duì)LED燈具的標(biāo)準(zhǔn)和支持政策，并在不斷完善修訂中。昕諾飛照明作為全球照明行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，在開(kāi)發(fā)和推廣LED照明中發(fā)揮著不可磨滅的作用。目前昕諾飛LED產(chǎn)品覆蓋從光源到燈具，從室內(nèi)燈具到室外燈具，滿(mǎn)足各種市場(chǎng)需求。庭院燈作為飛利浦室外產(chǎn)品線(xiàn)中不可缺失的一部分，主要的應(yīng)用為廣場(chǎng)，公園，輔道等場(chǎng)合。昕諾飛的庭院燈系列在同行業(yè)的產(chǎn)品中質(zhì)量?jī)?yōu)良，外觀(guān)簡(jiǎn)約大方，在中，高端市場(chǎng)有著不可睥睨的地位，但是在低端市場(chǎng)，由于價(jià)格偏高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)慘烈[1]。

1 庭院燈的設(shè)計(jì)總體要求

庭院燈作為燈具產(chǎn)品，設(shè)計(jì)上首先要符合國(guó)家安規(guī)（GB7000）的要求。由于庭院燈本身的應(yīng)用需求，作為功能照明，對(duì)產(chǎn)品的流明輸出具有要求，需滿(mǎn)足照明應(yīng)用的要求。作為景觀(guān)裝飾照明，外觀(guān)需要美觀(guān)，與環(huán)境完美結(jié)合。不同于一般的景觀(guān)照明產(chǎn)品，作為桿裝燈具，由于庭院燈經(jīng)常作為輔道街燈使用，對(duì)于路燈使用的強(qiáng)度和惡劣條件也需要滿(mǎn)足。考慮到庭院燈燈具的桿裝應(yīng)用，其更換和維護(hù)成本較高。一般庭院燈的壽命需要達(dá)到5萬(wàn)h一般庭院燈的規(guī)格如下表1。

表1 庭院燈的規(guī)格

2 庭院燈的設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 外觀(guān)設(shè)計(jì)

昕諾飛照明的產(chǎn)品秉承簡(jiǎn)潔大方的設(shè)計(jì)理念，由公司外觀(guān)設(shè)計(jì)部分對(duì)每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行外觀(guān)設(shè)計(jì)。庭院燈燈具除了產(chǎn)品本身有外觀(guān)要求，同時(shí)還需要產(chǎn)品和各種環(huán)境可以無(wú)沖突融合，形成一道靚麗的風(fēng)景線(xiàn)。庭院燈由于有安裝高度要求，通常產(chǎn)品尺寸都不小于0.5 m，確保安裝在2~6 m的桿上，人們可以清楚識(shí)別出產(chǎn)品[2]。

2.2 電子設(shè)計(jì)

鑒于LED技術(shù)的普及，昕諾飛庭院燈選用國(guó)內(nèi)外知名品牌LED芯片和符合電子安全設(shè)計(jì)的電源。同時(shí)考量到電磁兼容的影響，確保產(chǎn)品電子設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足5萬(wàn)h的壽命要求。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

庭院燈的尺寸和應(yīng)用環(huán)境，決定了庭院燈的結(jié)構(gòu)零件大都使用壓鑄鋁材料。壓鑄鋁強(qiáng)度和硬度較高，零件尺寸精度高，一般相當(dāng)于6~7級(jí)。同時(shí)零件表面光潔度好，一般相當(dāng)于5~8級(jí)，方便零件進(jìn)行二次噴涂，提高零件耐鹽霧性能，確保室外環(huán)境的可靠性應(yīng)用[3]。

作為桿裝的燈具，庭院燈作為道路照明時(shí)，燈具一直處于低頻振動(dòng)的環(huán)境中。燈具除了考慮本身的強(qiáng)度，同時(shí)還要考慮產(chǎn)品的振動(dòng)和沖擊要求。國(guó)標(biāo)上要求燈具在某個(gè)振幅下振動(dòng)30 min，但是昕諾飛的燈具要求在接近共振的頻率點(diǎn)振動(dòng)10萬(wàn)次，要求遠(yuǎn)高于國(guó)標(biāo)要求。另外考慮到交通事故發(fā)生時(shí)汽車(chē)會(huì)撞擊燈桿對(duì)燈具有較強(qiáng)的瞬時(shí)沖擊。飛利浦的產(chǎn)品還需要滿(mǎn)足沖擊測(cè)試的質(zhì)量要求，具體沖擊要求為11 ms內(nèi)40 g的加速度。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在零件確認(rèn)設(shè)計(jì)前，我們還會(huì)運(yùn)用有限元對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)度分析，如下頁(yè)圖1，在給定安全系數(shù)的前提下，薄弱零件的應(yīng)力不超過(guò)材料的極限值。

只有滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的零件，才會(huì)確認(rèn)首版的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)首版的測(cè)試，驗(yàn)證燈具是否可以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。手板驗(yàn)證結(jié)束后，最終的設(shè)計(jì)匯總為開(kāi)模設(shè)計(jì)，為量產(chǎn)做準(zhǔn)備。

2.4 光學(xué)設(shè)計(jì)

庭院燈的光學(xué)設(shè)計(jì)，可以通過(guò)透鏡、反射器、光學(xué)板等實(shí)現(xiàn)。其中透鏡一般選用光學(xué)級(jí)的PC或者亞克力材料注塑而成。反射器選用純鋁材料沖壓或者旋壓而成。光學(xué)板一般選用帶有光學(xué)級(jí)PC原料混合擴(kuò)散劑的注塑例子注塑而成，優(yōu)點(diǎn)是零件強(qiáng)度高，并且混光均勻，燈具使用時(shí)，給客戶(hù)比較好的視覺(jué)體驗(yàn)[4]。

2.5 熱學(xué)設(shè)計(jì)

LED產(chǎn)品對(duì)熱學(xué)的敏感程度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)照明燈具，熱的提高會(huì)大大降低LED的發(fā)光效率。庭院燈由于在戶(hù)外使用，除了電子、結(jié)構(gòu)、光學(xué)的設(shè)計(jì)要求，還需要注意熱學(xué)方面的設(shè)計(jì)。一般室外燈具對(duì)產(chǎn)品的熱學(xué)性能高于室內(nèi)燈具。燈具的外殼上會(huì)增加散熱鰭片，如圖2，增大燈具的散熱面積，確保燈具在長(zhǎng)時(shí)間的使用條件下，可以長(zhǎng)期可靠的工作。

庭院燈由于特殊的照明應(yīng)用場(chǎng)所，要求產(chǎn)品的外觀(guān)需簡(jiǎn)潔，一般庭院燈的產(chǎn)品，外殼上會(huì)去除鰭片的設(shè)計(jì)，所有的熱學(xué)設(shè)計(jì)要求通過(guò)產(chǎn)品的尺寸和散熱性能好的電子元器件匹配完成。

3 庭院燈的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1 受力部件避免塑料材料的使用

庭院燈由于特殊的應(yīng)用環(huán)境，綜合考慮造型和光學(xué)性能，外殼部件不可避免地使用塑料材料，但是在燈具使用中承載負(fù)荷的零件切忌勿使用塑料材料。即使我們選用高強(qiáng)度的塑料或者對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，在戶(hù)外長(zhǎng)久的使用中，塑料材料不可避免地會(huì)發(fā)生老化和脆化，強(qiáng)度會(huì)降低。另外塑料零件的承受載荷的能力普遍弱于金屬零件，在燈具受到?jīng)_擊時(shí)，會(huì)破裂和受損，如圖3，某個(gè)庭院燈的外殼振動(dòng)后卡扣斷裂，導(dǎo)致頂蓋有脫落的風(fēng)險(xiǎn)。在燈具壽命周期里，塑料零件的破裂易發(fā)生安全事故[5]。

3.2 減少螺絲使用的數(shù)量?jī)?yōu)化裝配效率和美化外觀(guān)

下圖是兩個(gè)造型類(lèi)似的產(chǎn)品，圖4-1產(chǎn)品頂部使用了48個(gè)螺絲固定外殼，圖4-2簡(jiǎn)化了外觀(guān)，光潔的頂部，在殼體的固定上，螺絲數(shù)量減少了一半，并且采用沉頭螺絲固定，如圖4-3將螺絲埋于兩件中，弱化螺絲對(duì)外觀(guān)的美學(xué)沖擊。

4 結(jié)語(yǔ)

LED庭院燈的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。除文中列舉到的外觀(guān)設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光學(xué)設(shè)計(jì)和熱學(xué)設(shè)計(jì)等，還需要許多其他的工作相互結(jié)合，相互支持才能完成一款滿(mǎn)足要求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和推出。設(shè)計(jì)前期，需要市場(chǎng)反饋信息收集、既定產(chǎn)品投訴收集、市場(chǎng)分析、業(yè)務(wù)容量分析與預(yù)測(cè)、概念設(shè)計(jì)和概念選擇等；設(shè)計(jì)中，還需要進(jìn)行功能要求規(guī)格建立、關(guān)鍵測(cè)試要求分析、基于六西格瑪?shù)墓罘治觥a(chǎn)品失效模式分析、電氣設(shè)計(jì)、EMI/EMC設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、生物安全設(shè)計(jì)、光學(xué)設(shè)計(jì)、測(cè)試計(jì)劃討論、制作樣品、樣品測(cè)試、設(shè)計(jì)優(yōu)化、模具討論、開(kāi)模試模、不良分析、試生產(chǎn)、設(shè)計(jì)更改和生產(chǎn)驗(yàn)證等工作；設(shè)計(jì)完成后，還需要確認(rèn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、市場(chǎng)推廣、生產(chǎn)追蹤和市場(chǎng)反應(yīng)追蹤等。