LED庭院灯设计概览

张海锋

（昕诺飞灯具（上海）有限公司，上海 200233）

引言

LED照明技术在各种照明场合的应用越来越广泛，国际和各个国家已经对LED照明的节能效果有充分的肯定，颁布了各种针对LED灯具的标准和支持政策，并在不断完善修订中。昕诺飞照明作为全球照明行业的领军企业，在开发和推广LED照明中发挥着不可磨灭的作用。目前昕诺飞LED产品覆盖从光源到灯具，从室内灯具到室外灯具，满足各种市场需求。庭院灯作为飞利浦室外产品线中不可缺失的一部分，主要的应用为广场，公园，辅道等场合。昕诺飞的庭院灯系列在同行业的产品中质量优良，外观简约大方，在中，高端市场有着不可睥睨的地位，但是在低端市场，由于价格偏高，市场竞争惨烈[1]。

1 庭院灯的设计总体要求

庭院灯作为灯具产品，设计上首先要符合国家安规（GB7000）的要求。由于庭院灯本身的应用需求，作为功能照明，对产品的流明输出具有要求，需满足照明应用的要求。作为景观装饰照明，外观需要美观，与环境完美结合。不同于一般的景观照明产品，作为杆装灯具，由于庭院灯经常作为辅道街灯使用，对于路灯使用的强度和恶劣条件也需要满足。考虑到庭院灯灯具的杆装应用，其更换和维护成本较高。一般庭院灯的寿命需要达到5万h一般庭院灯的规格如下表1。

表1 庭院灯的规格

2 庭院灯的设计过程

2.1 外观设计

昕诺飞照明的产品秉承简洁大方的设计理念，由公司外观设计部分对每个产品进行外观设计。庭院灯灯具除了产品本身有外观要求，同时还需要产品和各种环境可以无冲突融合，形成一道靓丽的风景线。庭院灯由于有安装高度要求，通常产品尺寸都不小于0.5 m，确保安装在2~6 m的杆上，人们可以清楚识别出产品[2]。

2.2 电子设计

鉴于LED技术的普及，昕诺飞庭院灯选用国内外知名品牌LED芯片和符合电子安全设计的电源。同时考量到电磁兼容的影响，确保产品电子设计可以满足5万h的寿命要求。

2.3 结构设计

庭院灯的尺寸和应用环境，决定了庭院灯的结构零件大都使用压铸铝材料。压铸铝强度和硬度较高，零件尺寸精度高，一般相当于6~7级。同时零件表面光洁度好，一般相当于5~8级，方便零件进行二次喷涂，提高零件耐盐雾性能，确保室外环境的可靠性应用[3]。

作为杆装的灯具，庭院灯作为道路照明时，灯具一直处于低频振动的环境中。灯具除了考虑本身的强度，同时还要考虑产品的振动和冲击要求。国标上要求灯具在某个振幅下振动30 min，但是昕诺飞的灯具要求在接近共振的频率点振动10万次，要求远高于国标要求。另外考虑到交通事故发生时汽车会撞击灯杆对灯具有较强的瞬时冲击。飞利浦的产品还需要满足冲击测试的质量要求，具体冲击要求为11 ms内40 g的加速度。

结构设计中，在零件确认设计前，我们还会运用有限元对产品进行强度分析，如下页图1，在给定安全系数的前提下，薄弱零件的应力不超过材料的极限值。

只有满足强度要求的零件，才会确认首版的设计。通过对首版的测试，验证灯具是否可以满足市场的需求。手板验证结束后，最终的设计汇总为开模设计，为量产做准备。

2.4 光学设计

庭院灯的光学设计，可以通过透镜、反射器、光学板等实现。其中透镜一般选用光学级的PC或者亚克力材料注塑而成。反射器选用纯铝材料冲压或者旋压而成。光学板一般选用带有光学级PC原料混合扩散剂的注塑例子注塑而成，优点是零件强度高，并且混光均匀，灯具使用时，给客户比较好的视觉体验[4]。

2.5 热学设计

LED产品对热学的敏感程度远高于传统照明灯具，热的提高会大大降低LED的发光效率。庭院灯由于在户外使用，除了电子、结构、光学的设计要求，还需要注意热学方面的设计。一般室外灯具对产品的热学性能高于室内灯具。灯具的外壳上会增加散热鳍片，如图2，增大灯具的散热面积，确保灯具在长时间的使用条件下，可以长期可靠的工作。

庭院灯由于特殊的照明应用场所，要求产品的外观需简洁，一般庭院灯的产品，外壳上会去除鳍片的设计，所有的热学设计要求通过产品的尺寸和散热性能好的电子元器件匹配完成。

3 庭院灯的设计注意事项

3.1 受力部件避免塑料材料的使用

庭院灯由于特殊的应用环境，综合考虑造型和光学性能，外壳部件不可避免地使用塑料材料，但是在灯具使用中承载负荷的零件切忌勿使用塑料材料。即使我们选用高强度的塑料或者对结构进行加强，在户外长久的使用中，塑料材料不可避免地会发生老化和脆化，强度会降低。另外塑料零件的承受载荷的能力普遍弱于金属零件，在灯具受到冲击时，会破裂和受损，如图3，某个庭院灯的外壳振动后卡扣断裂，导致顶盖有脱落的风险。在灯具寿命周期里，塑料零件的破裂易发生安全事故[5]。

3.2 减少螺丝使用的数量优化装配效率和美化外观

下图是两个造型类似的产品，图4-1产品顶部使用了48个螺丝固定外壳，图4-2简化了外观，光洁的顶部，在壳体的固定上，螺丝数量减少了一半，并且采用沉头螺丝固定，如图4-3将螺丝埋于两件中，弱化螺丝对外观的美学冲击。

4 结语

LED庭院灯的设计，设计了多个学科领域。除文中列举到的外观设计、电子设计、结构设计、光学设计和热学设计等，还需要许多其他的工作相互结合，相互支持才能完成一款满足要求的产品设计和推出。设计前期，需要市场反馈信息收集、既定产品投诉收集、市场分析、业务容量分析与预测、概念设计和概念选择等；设计中，还需要进行功能要求规格建立、关键测试要求分析、基于六西格玛的公差分析、产品失效模式分析、电气设计、EMI/EMC设计、PCB设计、生物安全设计、光学设计、测试计划讨论、制作样品、样品测试、设计优化、模具讨论、开模试模、不良分析、试生产、设计更改和生产验证等工作；设计完成后，还需要确认实验验证、市场推广、生产追踪和市场反应追踪等。