大功率LED道路照明系统设计及驱动电源的研究

中国汽车工业工程有限公司 徐建伟

大功率LED道路照明系统设计及驱动电源的研究

中国汽车工业工程有限公司 徐建伟

LED照明具有技术要求高、功率大、工作发热量高等特点。本文针对大功率LED路灯的推广与运用展开了简要分析与探究，并明确指出大功率LED路灯设计中的关键技术；即配光设计、散热结构和驱动电路研究，以及大功率LED路灯照明设计的优点和未来的发展趋势。

驱动电源；大功率LED；道路照明设计

0 引言

LED节能灯作为LED通用照明的一种，它具有成本低、发光面积大、光效高、无重影的特点，被广泛的运用到各个邻域中，在城市道路照明中推广大功率LED路灯是未来发展趋势，然而在道路照明设计中的几个关键技术还需要牢牢地掌握。其中，染光源具有其特有的发光照明特性，在现代照明应用中发挥着革命性的作用。作为LED照明产业链中最为核心的零部件之一；对LED驱动电源的驱动控制技术所存在的可靠性低、成本高等典型问题一直制约着LED照明的发展。对于多路LED驱动电源技术的开发与可靠性研究是当前业界研究的一个重要课题。

1 大功率LED道路照明系统设计分析

1.1 配光设计

就道路照明而言，LED路灯的配光设计最普遍的，其按照形状可分为弧形和平面两种。弧形排列的LED路灯每一个LED模组不是轴对称的反光环，就是全反射透镜，这就使LED透镜模组有顺序地呈现在一个弧面上，从而出现长方形配光；与之相反，平面排列的LED路灯所运用的自由曲面透镜并不对称，它是由独立的LED光学元件呈现长方形配光，灯的整体部分也将上述配光的LED模组在平板上有序呈现出来。所以，在进行道路照明灯具设计应包含以下因素；诸如道路照明明亮性、照明度均匀性、环境比、眩光要求、道路照明LPD。显而易见，身为道路照明灯具中的翘楚—LED路灯，上面所提到的要素自然都是必不可少的，与此同时，配光设计也就成了不可或缺的重要部分。为了实现更尽如人意的配光，首先要把握光强的分布，进而要全面分析各方面因素对配光设计的制约，例如，灯具安装的高度数与路面的宽度数等。

1.2 散热结构

LED路灯要解决的问题不只一个方面，散热无疑是主要问题。白炽灯会产生灼热的高温，而LED则不然，它是冷光源。另外，就LED自身的属性来说，正因为它耐温，才能确保芯片始终在安全的温度环境下运行，我们经常讲的LED灯寿命比较长的优势就是在这一方面得以体现的。因此，要想既增强LED路灯能效，又降低光衰，还能增加使用寿命，关键是要提高LED路灯的散热水平。所以在大功率LED道路照明灯设计中，科学合理的运用散热设计是有必要的。

2 大功率LED道路照明驱动电源的研究

大功率LED道路照明运用中所需要的驱动电源是直流低电压式，因为传统的电源配置并不能对它进行直接驱动，所以，在实际应用中要对普通的稳压电源和降压进行改良。在驱动电源中必须满足恒流输出效率、过流、过压、散热、过温保护、功率因数等诸多要素；由于各种不同规格的LED电源性能和转换效率都不一样，所以一定要选择合适高效的LED专用电源，才能真正的做到LED光源具备高效能其独特性的目的。总而言之，大功率LED电源在实际工作中的稳定性、节能性、使用寿命的长短都起着至关重要的作用。按照LED电源驱动方式可以分为两大类，即稳压式电源和恒流式电源。

2.1 LED稳压式电源

2．1．1 电路构成与工作原理

稳压式电源电路构成及工作原理如图1所示

图1 稳压式电源电路

2．1．2 优缺点比较

优点 缺点能耗小、体积小、重量轻、效率高、稳压范围广、不怕负载开路控制电路比较复杂、对元器件要求高、亮度不稳定

在稳压式电源电路构成中使用了大功率的晶体管开关，这种开关的转换速度相当的快，迅速可以恢复二极管和高频变压器；使大功率晶体管开关的功耗降到最小，对电源的使用效率可以大大地提升。因为在这个电路构成中没有使用较为笨重的工频变压器、晶体管开关的功耗又很小、去掉了较大的散热片；所以，电源的体积就会缩小、重量也会随着减轻。因此，在电路电压输出的过程中由激励信号的占空比来进行调节，工频输入信号电压的变化可以通过脉冲调节来进行补偿，所以在电网电压发生较大变化时仍然可以保证输出电压的稳定性能。

图2 恒流式电源电路

2.2 LED恒流式电源

2．2．1 电路构成与工作原理

恒流式电源电路构成如图2所示。该恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化。

2．2．2 优缺点比较