LED路灯技术标准讲座

LED路灯技术标准与关键技术钱可元清华大学深圳研究生院半导体照明实验室半导体照明实验室广东省地方标准解读DB44/T6092009一．广东省地方标准解读-DB44/T609-2009二LED路灯设计的关键技术二．LED路灯设计的关键技术三LED路灯的光学设计三．LED路灯的光学设计四系统的寿命与可靠性四．系统的寿命与可靠性五LED路灯发展的问题探讨五．LED路灯发展的问题探讨清华大学深圳研究生院一．广东省LED路灯地方标准解读-DB44/T609-2009清华大学深圳研究生院名词术语•LED模块(LEDmodule)•LED路灯(LEDstreetlamp)•LED热沉(LEDheat-sink)•平均相关色温(averageCCT)•初始值(initialvalues)•平均显色指数(averagecolorrenderingindex)路灯额定昀大温度•LED路灯额定昀大温度tc(ratedmaximumtemperature)清华大学深圳研究生院命名方法命名方法□□-□/□-□-□-□-□□□□/□□□□□防护等级（A—IP67，B—IP66，C—IP65）防护等级（AIP67，BIP66，CIP65）灯具光效等级，由高到低用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示光斑形状（J—矩形，Y—圆形，T—椭圆形）平均相关色温（G—4000～6500K，D—2700～4000K）电源电压，用数字表示，单位为V电源种类交流用AC表示直流用DC表示电源种类，交流用AC表示，直流用DC表示LED路灯额定功率，用数字表示，单位为WLED路灯，用LLD表示清华大学深圳研究生院一般要求™使用环境要求：™使用环境要求：}室外温度：-25℃～+50℃；}月平均空气相对湿度：不大于90%（25℃±5℃）；™平均寿命}额定平均寿命不应低于30,000h™昀大温度™LED路灯额定昀大温度tc值不应大于58℃。™昀大热沉温度™灯具内各个LED管的昀大热沉温度不应大于65℃。™功率因素不应小于0.92。™防护等级：A级品不应低于IP67；B级品不应低于IP66；C级品不应IP65清华大学深圳研究生院主要光学参数平均相关色温平均相关色温适用范等级平均相关色温4000K～6500K适用范围平均相关色温2700K～4000K适用范围适用于LED路灯Ⅰ≥78适用于主干道、快速路≥65适用于主干道、快速路初始光效lm/WⅡ≥68适用于主干道、快速路≥55适用于次干道Ⅲ≥58适用于主干道、快速路≥47适用于次干道Ⅳ≥50适用于次干道≥40适用于次干道（灯具光效为LED路灯的光通量与灯具的实际消耗功率的比值。）清华大学深圳研究生院主要光学参数平均显色指数R65平均显色指数Ra≥652000h光通量≥98%光维持率≥98%5000h光通量维持率≥97%维持率≥97%光斑形状矩形/圆形/椭圆形光斑配光曲线按CJJ45—2006中4.2规定的使用场合，选择截光型半截光型非截光型或泛光型截光型、半截光型、非截光型或泛光型部分LED灯泡熄灭或整灯调光时，其光斑形状和路面照度均匀部分LED灯泡熄灭或整灯调光时，其光斑形状和路面照度均匀性不应发生明显变化清华大学深圳研究生院灯具老化方法™在没有强制通风温度控制在20℃-30℃的环境中进行™在没有强制通风、温度控制在20℃-30℃的环境中进行；™灯具按正常安装姿态架设，按灯具标称额定电压或标称的™灯具按正常安装姿态架设，按灯具标称额定电压或标称的适用电压范围的昀大电压接通电源，灯具以满功率工作。™灯具在老化过程中，每24H中关闭不少于2次，每次关闭时间应为25i35i间隔时间至少应为30i样时间应为25min～35min,间隔时间至少应为30min。样品数量不少于3台。™试验中，灯具不得出现任何故障、烧毁，否则不合格。清华大学深圳研究生院光衰和寿命测量推算方法™以照度法替代光通量法；™在距离灯具高度2米处下方测量中心点和沿道路方向的轴线上每距1米一个点的水平照度值，共测5个点，与各点初始值对比并得出5个点的个点的水平照度值，共测5个点，与各点初始值对比并得出5个点的平均维持率值；™在2000H至5000H之间，每336H间隔测一次平均维持率值；™在2000H至5000H之间，每336H间隔测次平均维持率值；™如5000H时灯具仍然符合要求，则以2000H时的各点照度值为初始照度值已测得的每336H间隔的照度值与2000H时对应的初始照度值照度值，已测得的每336H间隔的照度值与2000H时对应的初始照度值比较并得出平均维持率，由上述10个点的平均维持率拟合曲线推算出平均维持率为75%时的寿命时间加上5000H即为该灯具的寿命。™选取其中1只路灯，同时用光度分布测试法测0H和2000H时的光通量，计算出2000H光通维持率作为校准值。测量照度时，环境温度应控制在测量照度时，环境温度应控制在25℃25℃±±1℃1℃稳定稳定3H3H以上的情况下进行。以上的情况下进行。清华大学深圳研究生院™批准日期：2009-03-30™批准日期：20090330™实施日期：2009-07-01™广东省质量技术监督局归口。™主要起草单位：东莞勤上光电股份有限公司清华大学™主要起草单位：东莞勤上光电股份有限公司、清华大学、东莞市质量计量监督检测所。™主要起草人李旭亮罗毅钱可元祝炳忠陈大庆™主要起草人：李旭亮、罗毅、钱可元、祝炳忠、陈大庆、胡振刚、梁鸣娟、廖怀飞、姚志慧、张志海、邓国强、戴良辉、雷宗平、张利强、黄道康、付宝成、欧文、陈海涵、良辉、雷宗平、张利强、黄道康、付宝成、欧文、陈海涵、杨长江、黄格雅、翁伟东、郭建坤、劳应海。清华大学深圳研究生院二，LED路灯设计的关键技术二，LED路灯设计的关键技术清华大学深圳研究生院ＬＥＤ路灯设计的难点光效光效光型光衰寿命LED路灯系统是要求昀高的半导体照明产品之一！清华大学深圳研究生院LED路灯产业化的误区LED路灯产业化的误区：低估了系统的技术难度JustremoveoldbulbsocketandinstallLEDlamp?andinstallLEDlamp?清华大学深圳研究生院光效™高压钠灯™高压钠灯}光效100lm/W(120lm/W)光效/(/)}主要用于主干道，快速路照明,照度25~50lx单盏110～400W}单盏110～400W}均匀度0.35左右™节能灯}光效50~70lm/W}光效5070lm/W™LED光源}光效80~100lm/W清华大学深圳研究生院灯具系统的效率光源效率灯具效率电源光学结学结构区域照明利用系数要求域外的光求照明区光域清华大学深圳研究生院传统路灯反光碗陶瓷灯陶灯250W钠灯150W钠灯150W陶瓷灯400W钠灯清华大学深圳研究生院传统路灯的反射配光清华大学深圳研究生院LED路灯的优势－光学方面的优势™发光立体角小；}传统路灯发光的立体角为4π；传统路灯发光的体角为；™近似点光源，便于二次光学系统的设计；™均匀度有望大大提高()™均匀度有望大大提高(0.7)；™总的光效高；™总的光效高；高压钠灯高压钠灯8080120l/120l/照明效果比较的对象：高压钠灯。绝非白炽灯！高压钠灯高压钠灯8080--120lm/w120lm/w清华大学深圳研究生院路灯光源光通量的计算LED光源(100lm/W)LED光源(100lm/W)道路等级快速路主干道次干道照射面积(m2)400350250平均照度（Lux)201512平均照度（Lux)201512区域内光通量（lm）800052503000系统效率0.70.70.7昀少需要光通量（l）1142875004286昀少需要光通量（lm）1142875004286需要LED功率（W）1157543只考虑路面照明昀只考虑路面照明昀理想的情况！理想的情况！清华大学深圳研究生院路灯光源光通量的计算LED光源(100lm/W)道路等级快速路主干道次干道道路等级快速路主干道次干道照射面积(m2)400350250平均照度（Lux)201512域内光量区域内光通量（lm）800052503000区域外光通量（lm）400026251500区域外光通量（）系统效率0.70.70.7昀少需要光通量（lm）17143112506428需要LED功率（W）17211365需要LED功率（W）17211365考虑环境比的昀理想昀理想情况！清华大学深圳研究生院三，三，LEDLED路灯的光学设计路灯的光学设计三，三，LEDLED路灯的光学设计路灯的光学设计清华大学深圳研究生院1传统城市照明光源面临的问题1，传统城市照明光源面临的问题™显色指数很低(约为30)™在点亮时温度很高，产生严重的眩光™寿命较短，需要经常进行价格不菲的维护作业™寿命较短，需要经常进行价格不菲的维护作业30传统城市照明光源2025照度(lu1015ux)0510‐5‐10‐15510水平距离(米)清华大学深圳研究生院LED路灯面临的光学设计问题™常规LED远场分布具有的朗伯型特征™常规LED远场分布具有的朗伯型特征清华大学深圳研究生院低端LED路灯存在的问题™基本没有光学处理单元，照明效果极差，节能效果不显著某一次干路(6车道，24米宽)的现有LED路灯实测：灯高10米，间距30米昀高照度仅为14lux，昀低照度仅为0.8lux，平均照度仅为4.8lux，均匀度仅为0.17。清华大学深圳研究生院IESStreetlightDistributionPatternsPatternsTypeITypeIITypeIIIType IType IIType III•ThesepatternsarelargelybasedonthelightpatterncreatedbyexistingstreetlightingfixturesType IVType Vfixtures•Mostcustomerswillwanttokeepthesepatternsbecausepeopleareusedtothem清华大学深圳研究生院单纯朗伯光源30X30 M2区域内：72%当H=10m，光源为10000lm时，中心点30lux清华大学深圳研究生院二次光学系统的重要性单纯朗伯光源单纯朗伯光源™当H=10m，照在2区域内10X35m2区域内的光为43%。43%™均匀度=0.001清华大学深圳研究生院二次光学系统的重要性矩均匀光矩形均匀光斑•当H=10m照在•当H=10m，照在10X35m2区域内的光为80%90%的光为80%。•照在15X40m2区域内的光大于80%域内的光大于90%。均匀度•均匀度=0.7清华大学深圳研究生院二次光学系统的主要种类1.会聚透镜+变角度分布：LED特点：A.光学系统加工便利；B灯具整体设计困难LensB.灯具整体设计困难，调整复杂；C对光线的控制作用有C.对光线的控制作用有限，光场分布不够理想；清华大学深圳研究生院清华大学深圳研究生院二次光学系统的主要种类2，反射式：特点：A.光学系统加工便利；B对反射表面要求高B.对反射表面要求高；C.对光线的控制作用有限，光场分布不够理想；场分布不够理想；LED光源光源清华大学深圳研究生院二次光学系统的主要种类3，三维左右表面设计浸没式透镜：特点：A.光学系统设计精确；对光线的控制作用强B.对光线的控制作用强，光场分布理想；C系统的光损小光效高；C.系统的光损小，光效高；清华大学深圳研究生院封装后的照度分布理论模拟图在35米长10米宽的矩形区域上能达到70%以上的均匀度在35米长10米宽的矩形区域上能达到70%以上的均匀度透镜的效率达到了90%以上。清华大学深圳研究生院单灯效果单灯效果清华大学深圳研究生院四，四，系统的寿命与可靠性四，四，系统的寿命与可靠性清华大学深圳研究生院影响LED路灯可靠性的诸多因素系统寿命系统寿命LED模块结构件驱动模块芯片封装光学元件散热系统电路性能元件质量件统能量材料工艺防尘耐候性风扇热管清华大学深圳研究生院“木桶定律”木桶定律一个木桶能盛多少水不个木桶能盛多少水，不是取决于桶壁上昀长的那块木板而是取决于桶壁块木板，而是取决于桶