摘要：近年來，我國的路燈建設取得了飛速的發展，道路照明質量不斷提高，高強度氣體放電燈被廣泛使用，對現代化城市的建設起了很大作用，但是隨之而來的是能耗的大幅度提高，特別是近年來能源價格大幅度提升，使電力耗費成為負擔。在全球都在提倡綠色照明的時代，路燈的節能必然成為一種趨勢。
　　關鍵詞：LED路燈，照明，節能設計
　　
　　1LED技術概述
　　LED(LightEmittingDiode,發光二極管)是一種固態的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。LED光源具有高節能、利環保、壽命長、體積小、多變幻適用性強、穩定性高、響應時間短等特點,可以廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域。雖然價格較現有照明器材昂貴,仍被認為它是其理想的替代品。
　　在節能方面,LED具有直流驅動,超低功耗(單管<0.1W)等特點,相比傳統光源,LED光源接近點光源,單相發光,好配光,光效利用率高。就平均照度來講,一盞50W的LED燈亮度可與100W的高壓鈉燈相當,如果就點照度來講,那要更高。相同照明效果比傳統光源節能50%以上(以實際應用產品為例)。
　　LED光源為固體冷光源,環氧樹脂封裝,燈體內也沒有松動的部分,不存在燈絲發光易燒、熱沉積等缺點。當光通量衰減到70%時,其壽命達到了50000h,高壓鈉燈的壽命是10000~20000h。而它的環保效益更佳,發光顏色純正,不含有紫外和紅外的輻射,而且不含汞元素,沒有污染,廢棄物可方便回收。冷光源,可以安全觸摸,屬于典型的綠色照明光源。
　　2路燈節能控制系統總體結構
　　考慮到造價、監測范圍、控制點設置、擴容方便等要求，具體的方案如下:整個監控系統由監控終端、集中控制器、路燈控制器和路燈組成。本系統的上位機即監控終端放在城市路燈管理部門,以單個配電變壓器為范圍安裝集中控制器,在每盞路燈上安裝路燈控制器方便實現單燈控制。在主控制室與集中控制器之間采用GPRS通信,GPRS通信方式容易實現高速數據傳輸、長時間在線,并且可獲得按流量收費的低資費方式,硬件投資少,對地域要求相對也較低。在集中控制器與路燈控制器之間則采用電力線載波通信技術,采用電力載波技術的最大的好處就是不需要再鋪設通信電纜就可容易地實現對每盞燈的檢測,減少了通道建設的費用。整個系統的結構圖如圖1所示。
　　
　　
　　
　　3下面討論設計LED路燈的主要問題：
　　
　　3.1光學設計
　　
　　LED的光學元件設計對LED路燈的配光及光學輸出效率至關重要。良好的道路照明要求LED路燈的配光為長方形的光型，路燈發出的所有光剛剛可以覆蓋住馬路，而馬路之外的光污染幾乎為零。非對稱自由曲面二次光學元件的采用可以使LED路燈的長方形配光直接在單個LED模組上實現。整體路燈只需要將這些LED模組陣列按照相同方向排列即可，從而可以簡化路燈機構、散熱及控制電源的設計。如果燈具的配光系統設計不合理，照明效果就不理想。測試中“燈下亮”、“燈下黑”、“斑馬線”、“照度不均勻”等問題的出現均應考慮配光設計的合理性。LED的光學設計決定了LED路燈的配光及光輸出效率，也是評判LED路燈整燈質量最重要的組成部分之一。
　　
　　在二次光學設計方面，LED的輻射形式有朗伯型、蝙蝠翼型、側射型和聚光型幾種。在道路照明領域，根據設計經驗朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過二次光學設計，使得LED的光照范圍、光度曲線符合道路照明的需求。LED在道路燈具中使用的最普遍形式主要是在燈具內的一個幾乎是平板的反光面上，裝上了矩陣式的LED，這種設計方式可能得不到良好的燈具配光。目前，大功率LED的發光效率已經達到90lm/w，但是單顆LED不能滿足道路照明的需求，因此需要多顆LED拼裝成一盞實用的路燈。如果每一個LED都可以在整個矩形照明區域內形成均勻的照度分布，那就可以根據實際路面的照明要求及燈桿的高度，簡單地改變LED的數量，而不用改動光學系統，就會具有使用靈活性。弧形立體結構的燈具，照度均勻度明顯高于純平板式的均勻度;具備透鏡的二次光學設計，均勻度一般明顯優于無透鏡的燈具。
　　
　　總之，LED路燈的光學設計應突破傳統路燈的設計思路限制與模式，應充分發揮LED自身的光學特性，符合道路照明環境的需求和條件，光學設計是否合理，要看其在使用的特定環境中是否適用，更應滿足道路照明有關規范要求。
　　
　　3.2驅動電源的選用
　　
　　我們選用的AP一28320發光二極管驅動器是制作一體化半導體燈的專用電源變換器，用于安裝在半導體燈內部，串聯驅動1串10～40支1瓦大功率發光二極管工作，220V交流市電供電，輸出320rrLA穩定的單向脈動恒定電流。驅動器使用高頻脈寬調制開關變換電路實現恒流控制，變換效率高，可達85%以上，工作穩定。驅動器為全密閉模塊封裝結構，適合在高濕度，高粉塵，強震動，對防爆有一定要求等環境下使用，非常適合室內使用，經過軟件升級也可用于建筑物公共區間照明使用。
　　
　　3.3LED燈的連接方式
　　目前成熟應用的都是單粒1W的LED，很顯然，做這樣一個半導體燈要用50只發光管。50只LED全部串聯，或者并聯都存在一些問題。
　　
　　如果全部串聯連接，如果有一粒LED開路損壞，則整燈不亮，而且50支LED全部串聯，其驅動電壓至少要150V，安全性減低。如果全部并聯連接，有一路開或短路，則1電流不均衡，影響燈具使用壽命。
　　
　　從驅動技術和發光管的特性來看，多只發光管組應該優先使用串聯方案。這樣，只要驅動器給的電流合適，所有發光管的電流都是一樣的。發光管串聯使用大家常常擔心一個問題，就是一個發光管開路整串都不亮了。我們對樣燈打過高壓，也作了突波實驗。從應用實踐上看，只要驅動不失控，給發光管的電流合適，發光管很少見到開路的情況，即使發光管本身質量不好出故障，一般就是自己不亮，但還是保持通路，其他管照樣亮。而且發光管都有很強的過電流的能力，比如300mA的1瓦發光管短時間加600n1A的電流也不會壞。所以，使用發光管時應以串聯為主，這樣發光管才有穩定、一致的電流，對提高燈的壽命有利。由于管數太多，全部串聯其驅動電壓太高，不得不連串帶并，所以混聯。專用的LED驅動器一般是電流源，既然LED驅動器提供的是一個恒定的電流，多串并聯時就必須輔以外部均流措施，均衡地把驅動器提供的總電流分配給每一串，最簡單的辦法就是每一串里串一個電阻均流。多串并聯時首先是要使各串發光管的總管壓降盡可能地保持一致，然后再串入電阻牽制電流的偏移。電組上的壓降太大功耗增加，壓降太小均流效果不好，一般可以取串連管總管壓降的5%左右。
　　
　　3.4散熱方式
　　解決散熱問題主要靠合理的燈體結構設計。解決方案是使用薄金屬板做基板，LED可以按照使用的發光管的數目在鋁板上打好孔徑和發光管外徑相同的孔，兩個孔間距離為0.7mm，再將發光管緊配合鑲嵌到金屬扳上，發光管引腳在金屬板后面相連。燈的外殼也用金屬材料制作，裝好發光管的金屬板和金屬外殼緊密裝配，這樣，燈具工作時產生的熱量可以通過金屬板傳導到金屬外殼上，金屬外殼暴露在空氣中，熱量可以通過輻射和對流散去。為了既減小燈的體積又保證較大散熱面積，燈體外殼可以采用帶肋條的散熱片結構。
　　
　　4結語
　　LED作為一種節能環保的綠色照明光源,將會在今后的道路照明發展中起著越來越重要的作用,本文結合LED自身特性,設計的智能路燈節能控制系統,節能、高效、人性化。
　　
　　參考文獻
　　【1】 陳元燈.LED制造技術與應用[M].北京:電子工業出版社,2007
　　【2】 陳哲艮.關于發光二極管和半導體照明的探討[J].能源工程,2002(2):122