【中國半導(dǎo)體照明網(wǎng) 《半導(dǎo)體照明》專稿】 LED路燈是LED照明起步較早的應(yīng)用領(lǐng)域，隨著LED技術(shù)水平的不斷提升，LED路燈的應(yīng)用也越來越多，本文將基于上海LED隧道燈與路燈應(yīng)用技術(shù)研究，探討當(dāng)前LED路燈推廣應(yīng)用中存在的若干問題，并提出一些改進(jìn)建議，希望拋磚引玉，供業(yè)界參考。

一、LED路燈優(yōu)勢

1，LED路燈應(yīng)用范圍比其它光源更廣

道路照明的不同區(qū)域?qū)庠从胁煌目紤]指標(biāo)，比如機(jī)動(dòng)車交通區(qū)域會(huì)主要考慮亮度、亮度總均勻度、亮度縱向均勻度與失能眩光、不舒適眩光控制、燈具的無極調(diào)光與巡檢，交會(huì)區(qū)會(huì)考慮主要考慮照度、照度均勻度及不舒適眩光控制等，LED光源具有無極調(diào)光、光線可高自由度控制與遠(yuǎn)距離投射、光效高、顯指高、顏色與色溫多樣等特點(diǎn)，也使得LED路燈應(yīng)用范圍比其他光源更廣。

2.LED路燈對居民與駕駛員光污染更小

相比起高壓鈉燈，LED路燈對光線的精準(zhǔn)控制使得對居民與駕駛員的光污染更小，圖1為不同類型光源燈具光暈及雜散光對周圍居民房屋影響。左為高壓鈉燈，右為LED路燈。

       圖1為不同類型光源燈具光暈及雜散光對周圍居民房屋影響

3.LED路燈創(chuàng)造更安全與舒適道路環(huán)境

從創(chuàng)造舒適光環(huán)境角度來講，LED路燈可以將打向人眼的光線強(qiáng)度有效控制，創(chuàng)造更安全與舒適的道路與隧道照明環(huán)境。LED路燈可調(diào)可控，與智慧城市結(jié)合在一起，已經(jīng)在能力方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高壓鈉燈。

4.LED路燈利用率更高更節(jié)能

從光效比較來看，高壓鈉燈部分光線損失在殼體內(nèi)以及打向非有效區(qū)域了，而LED路燈可以通過透鏡將光線分配在需要的區(qū)域。

二、LED路燈應(yīng)用問題及分析

LED路燈有諸多優(yōu)勢，不過，當(dāng)前LED路燈應(yīng)用仍然存在一些問題。以下將主要針對LED存在的問題進(jìn)行分析。

1.LED路燈存在透霧性差問題

一般誤以為，LED路燈存在透霧性差的問題，且很難解決斑馬線、更刺眼、光衰大的問題。實(shí)際上，圖2為4000K LED路燈的照明效果，以及3000K的LED路燈與高壓鈉燈的對比。在配光控制合適時(shí)，行車方向，余光看上去，LED路燈既不刺眼，眩光也地面均勻，如圖3。

圖2 LED路燈存在透霧性差的問題

       圖3 配光控制合適時(shí)，LED路燈既不刺眼眩光也地面均勻

此外從光衰的角度，要注意區(qū)分偽光衰。通過一些LED路燈測試項(xiàng)目的數(shù)據(jù)顯示顯示，不擦拭燈具，偽光衰嚴(yán)重，如圖4。燈具室內(nèi)老化光衰比透鏡污濁產(chǎn)生“光衰”小，如圖5。

       圖4 不擦拭燈具，偽光衰嚴(yán)重

       圖5 燈具室內(nèi)老化光衰比透鏡污濁產(chǎn)生“光衰”小

2.有些LED路燈無照明設(shè)計(jì)要求、簡單套用“CJJ45”或無安裝條件

以雙向六車道、瀝青路面、主干道，機(jī)動(dòng)車道為例，原鈉燈功率250W。如亮度初始值2cd/m2, 則需190W的LED路燈替換。如亮度初始值3cd/m2, 則需285W的LED路燈替換。因此，合適選擇亮度設(shè)計(jì)值很重要。

       圖6 LED對HPS的亮度對比系數(shù)

對于照明設(shè)計(jì)方而言，需要燈具排列布置、距離、高度、仰角、突出、懸臂等計(jì)算參數(shù)，以方便進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，但在實(shí)踐中，很多用戶都沒有提供這些參數(shù)。另外，LED路燈安裝仰角加大不舒適眩光效應(yīng)更明顯，亮度值變化不大，亮度總與縱向均勻度提高，因此，仰角的變化帶來均勻度與眩光變化，且成反比。

3.基于燈具“功率”指標(biāo)來配置照明工程

LED路燈應(yīng)用中存在基于燈具“功率”指標(biāo)來配置照明工程的問題，但是對LED燈具與鈉燈的整燈效能及利用率把握不準(zhǔn)，容易致使出射光通量不夠或地面過亮，如圖7。這是由于我們需要的是地面亮度，并基于地面材質(zhì)特性，得到地面照度，依據(jù)照亮范圍，得到所需光通量，并基于利用率與維護(hù)系數(shù)、燈具布置情況，反推燈具光通量，獲得確定光通量后，基于燈具效能推算得到功率，如直接采用功率，則以上諸多不確定性因素皆會(huì)影響到功率的選擇合適性。

       圖7 對LED燈具與鈉燈的光效及利用率把握不準(zhǔn)，容易致使出射光通量不夠

4.照明設(shè)計(jì)無Lav, U0,UL,TI,SR,I80等安全與效果指標(biāo)要求

評價(jià)道路照明，有安全與照明效果指標(biāo)，Lav為影響行車安全、通行能力指標(biāo);U0為影響行車安全、通行能力指標(biāo);UL為影響行車安全指標(biāo);TI為影響行車安全指標(biāo);SR為影響行車舒適指標(biāo);I80為影響行車舒適指標(biāo)。

需要注意的是，亮度是與光通量/地面反射系數(shù)/觀察角度/投影面大小及等有關(guān)。照度是單位面積內(nèi)接受光通量，與人眼需要的光無完全對應(yīng)關(guān)系。駕駛員一般注視60～160米遠(yuǎn)處路面，看到是反射至人眼的亮度。照度指標(biāo)無法替代亮度指標(biāo)。照度與亮度間換算亮度系數(shù)q沿行車向分布非線性，照度越均勻，亮度不一定越均勻，因此，UE無法替代UL。

從基于照度與亮度配光照明的效果來看，以“基于照度高均勻度”為依據(jù)配光，實(shí)測UL 小于0.7，地面會(huì)有明顯斑馬線;以“基于亮度高總均勻度”為依據(jù)配光，實(shí)測UL大于0.7。

同一Ul下鈉燈與LED配光照明效果對比來看，鈉燈燈罩配光特點(diǎn)決定了雜散光較多，LED更加精準(zhǔn)的截光效果使得雜散光較少。雜散光可以填補(bǔ)暗區(qū)一定的亮度不足或使得亮度變化不在劇烈。光衰后的鈉燈光源顏色比起白光LED，更接近瀝青路面，顏色對比性鈉燈更低，對于亮暗的辨識能力，鈉燈環(huán)境下更低，因次，同一Ul下鈉燈與LED光源，后者更易產(chǎn)生斑馬線，如圖8。

此外，研究發(fā)現(xiàn)，TI10%極易超出, TI20%未失能眩光，如不控制也可能出現(xiàn)失能趨勢或加大“失能”程度。I80大于200cd/m2,加之燈具發(fā)光面積小(如cob類LED路燈)，極易出現(xiàn)不舒適眩光現(xiàn)象。

 圖8 同一Ul下鈉燈與LED配光照明效果

5.無“切實(shí)可操作”或“科學(xué)”的燈具壽命評價(jià)方法

目前LED路燈如設(shè)計(jì)不當(dāng)，或會(huì)存在著線纜/接插端子/快插頭等質(zhì)量差不防水、燈具表面材料抗腐蝕差、Pc透鏡紫外線抵抗差、 無或不合適的浪涌保護(hù)器、部分劣質(zhì)控制裝置等問題。

圖9 目前LED路燈存在的部分問題

實(shí)際上，LED路燈有L70壽命要求，國家級測試中心提供的燈具點(diǎn)亮6000小時(shí)及以上的光通維持率報(bào)告，采用能源之星定義的6000小時(shí)95.8%及10000小時(shí)91.8%光通維持率保證時(shí)壽命50000小時(shí)(光衰30%)的方法進(jìn)行壽命判斷。L70壽命判斷要提供LM-80報(bào)告，結(jié)溫檢測報(bào)告，驅(qū)動(dòng)電流大小。LED模塊安裝在燈具中正常工作時(shí)所測得的tp溫度，加上實(shí)際道路最高環(huán)境溫度與測試tp溫度時(shí)的環(huán)境溫度之差，不應(yīng)超過與其標(biāo)稱壽命所對應(yīng)的tpmax(實(shí)際工作電流不應(yīng)高于壽命測試電流)。

6.芯片皆信賴國外品牌、電源基本要求幾家品牌

目前在很多工程招標(biāo)中，要求LED路燈芯片采用國外品牌，國產(chǎn)芯片基本沒有機(jī)會(huì)。實(shí)際上，從LM80報(bào)告及實(shí)際應(yīng)用來看，有些品牌的國產(chǎn)芯片還是不錯(cuò)的。有條件的可以支持國產(chǎn)芯片。另外，COB路燈用國產(chǎn)芯片光效不低于國際主流芯片，其他指標(biāo)接近。

7.希望燈具便于維修，但基本上無統(tǒng)一的“接口”規(guī)定

燈具結(jié)構(gòu)接口不統(tǒng)一帶來維護(hù)困難與成本高，加之目前LED路燈照明效果差的比例較大，導(dǎo)致業(yè)主無信心應(yīng)用。燈具損壞后需要更換整燈，庫存數(shù)量以及成本大幅上升。從接口的角度，涉及模組機(jī)械/電氣/光度熱接口，電源機(jī)械/電氣/調(diào)光接口，智能控制機(jī)械與通訊接口等，如圖10。

 圖10 雖然希望燈具便于維修，但目前基本上無統(tǒng)一的“接口”規(guī)定

三、LED路燈大規(guī)模推廣應(yīng)用建議

基于調(diào)研、多次試驗(yàn)、分析、研究，筆者認(rèn)為，無論“分立式”還是COB路燈，無論是國產(chǎn)芯片還是外企研制的芯片，無論是350毫安還是700毫安電流驅(qū)動(dòng)，無論3000K還是4000K芯片，無論是國產(chǎn)還是外資品牌LED燈具，在技術(shù)上，可以應(yīng)用于各類道路，并通過一定技術(shù)條件約束，管理手段完善，并能用得更好!并能大規(guī)模推廣應(yīng)用。

建議各地區(qū)行業(yè)主管部門以CJJ45、LED道路照明應(yīng)用技術(shù)規(guī)范、CSA016規(guī)范、GB7000.1，203與GBT_24827等為基礎(chǔ)，針對地方特點(diǎn)，制定合適的地方標(biāo)準(zhǔn)或管理規(guī)定。

標(biāo)準(zhǔn)要規(guī)定正確的技術(shù)要求：含接口指標(biāo)、合適的壽命、性能、照明效果、節(jié)能等指標(biāo)。其中要關(guān)注三個(gè)問題：一是照明設(shè)計(jì)指標(biāo)上適當(dāng)拔高亮度及其總均勻度與縱向均勻度指標(biāo)、匹配好考慮橫向與縱向距高比的不舒適眩光控制指標(biāo)于均勻度指標(biāo)。二是產(chǎn)品性能指標(biāo)嚴(yán)格遵守GB7000.203, 提出包括接插件在內(nèi)的燈具IP防護(hù)要求，線纜與PC透鏡等材料老化、燈具顏色指標(biāo)要求、浪涌保護(hù)器要求，各地不同環(huán)境下對燈具材料要求等。三是模塊機(jī)械、電氣、光度接口、電源機(jī)械與電氣、控制系統(tǒng)機(jī)械與電氣及通訊協(xié)議上盡快遵守CSA016。

技術(shù)上，建議業(yè)主、設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)單位切實(shí)落實(shí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：招標(biāo)、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收中嚴(yán)格落實(shí)技術(shù)要求、并按規(guī)定、精細(xì)化維護(hù)。

從企業(yè)的角度，建議提供燈具和電源CQC標(biāo)志認(rèn)證試驗(yàn)報(bào)告和認(rèn)證證書，提供芯片Lm80/結(jié)溫報(bào)告，6000小時(shí)光通維持率報(bào)告，提供Dialux照明仿真計(jì)算報(bào)告PDF、DLX、IES文件，提供燈具材料其他物理力學(xué)/熱學(xué)/光學(xué)/電學(xué)等測試報(bào)告，提供證明電源產(chǎn)品使用壽命期間的低失效率報(bào)告、MTBF壽命、EMC、安全認(rèn)證報(bào)告等，提供燈具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)造與使用說明書。

另外，照明設(shè)計(jì)單位要給出照明布置條件，如間距/仰角/突出/高度/布置方式等;給出具體的照明設(shè)計(jì)指標(biāo)，如亮度/眩光/均勻度/環(huán)境比;給出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與安全/外觀質(zhì)量/材料/重量/安裝等要求;給出產(chǎn)品可靠性要求，如LED器件/ 整燈與模塊/控制裝置壽命/tp溫度要求;給出燈具光學(xué)性能，如額定光通量/燈具效能/額定相關(guān)色溫，色品容差/顯色指數(shù);給出控制裝置電學(xué)要求，如輸入輸出電流/最大輸出功率/安全要求/性能要求/外殼防護(hù)/功率因數(shù)。

以上為淺談，作者水平有限，時(shí)間倉促，諸多不對之處，敬請諒解。

【文/楊方勤 復(fù)旦大學(xué)電光源研究所】——本文節(jié)選自第四期《半導(dǎo)體照明》雜志，完整內(nèi)容請查閱本期雜志。