发布时间：2018/11/12 8:49:38 来源：本站
随着节能环保理念的深入，LED路灯已经得到越来越广泛的应用[1].当前，现有技术中的LED路灯通常使用无数小的单颗粒式光学透镜、高功率LED灯珠的反射透镜、以及COB集成式单体式大透镜[2].无数小的单颗粒分离式塑料透镜或单颗粒连体式透镜易于加工，成本较低，但所占面积太大，导致PCB铝板面积以及灯壳体面积较大、成本高，防水区域加大致风险更高，而且灯体造型设计灵活性不够；高功率LED的采用导致用电成本升高[3-4]；单体大透镜的材料多为玻璃，少数为有机玻璃或塑料.玻璃具有透光率高，易于清洁和良好的耐候性的特点，但总体成本高、工艺稳定性差，有机玻璃透光率低，容易黄化.
基于上述问题，本文介绍了一种由4颗中功率3030双晶灯珠组成的LED路灯模组，利用DIALUX软件，针对道路照明要求的照度均值、照度均匀性、环境比、亮度均值、亮度均匀性等指标，对该模组进行了仿真实验.从DIALUX仿真结果看，该模组可完全满足城市主干道路路灯的技术要求，具有较好的市场应用前景.
如图1所示，该中功率LED路灯模组包括：散热器、固定于散热器上的PCB铝基板、用于罩住PCB铝基板的塑料透镜以及设于塑料透镜与PCB铝基板间的防水胶圈.散热器设有用于固定PCB铝基板的基座，PCB铝基板背面通过导热胶与散热器基座固定；PCB铝基板正面焊接有若干灯珠组，每个灯珠组由多个紧靠在一起的LED灯珠组成；塑料透镜包括用于贴靠PCB铝基板正面的矩形面板，由面板向上凸起用于罩住灯珠组的多个透镜罩，由面板向下延伸用于包覆散热器基座边沿的凸沿，以及设于凸沿底面用于卡主基座边沿的卡扣；透镜通过其凸沿底面的卡扣卡主基座边沿与散热器固定，单个透镜罩罩住对应的灯珠组.
图1 模组结构图
1-散热器；2-PCB铝基板；3-塑料透镜；4-防水胶圈；5-防水接头；6-LED灯珠组；31-矩形面板；32-透镜罩；33-凸沿；34-卡扣.
图2 模组配光结构图
1-玻璃透镜；2-防水橡胶圈；3-螺丝.
如图2所示，该LED路灯模组的配光结构[5-9]包括：焊接有灯珠组的PCB铝基板，以及用于罩住灯珠组的塑料透镜.该灯珠组由4颗中功率3030双晶灯珠组成，双晶LED灯珠光效高发光面积小，根据现成自动化贴片机最小精度设计成最紧凑的位置结构，4颗相邻灯珠的间距在 0.3～1.0 mm之间，成完全正方形放置，这样可使整体透镜设计在做到尽可能小的同时加工性能较好，且4颗灯珠呈正方形分布.塑料透镜采用防UV的PC材料，为一凸曲面罩，呈中空半球面形.该凸曲面罩的内腔直径大于正方形灯珠组的对角线长度.安放灯珠组的PCB铝基板的导热系数在1～10 W/mK之间.该塑料透镜通过胶粘、卡扣或螺丝固定于PCB铝基板上或固定于距离PCB铝基板一定距离的位置.PCB铝基板上焊接着多个灯珠组，各灯珠组单独配置塑料透镜，或各灯珠组共用一个整体式塑料透镜，该整体式塑料透镜设有与灯珠组一一对应配合的多个凸曲面罩.塑料透镜与4颗中功率3030双晶灯珠组成的模组，可由分离式塑料透镜或连体式透镜与PCB铝基板不同区域的许多簇4颗中功率灯珠的组合来达到同样配光下不同的光通量.
图3所示为该结构的配光曲线图.塑料透镜折射率为1.586，光被折射两次聚集到所要求的配光方向，从而提高了光强一致性和扩散均匀性，同时可得到路灯照明常见要求的特定蝙蝠翼形状配光曲线[10].
图3 透镜光学效果与配光曲线图（彩图见封二）
利用DIALUX软件[11-13]对该配光结构进行了道路照明仿真实验.道路设定为双向4车道（如图4所示），路宽18 m，杆高10 m，杆距25 m，灯臂长度1 m，灯具仰角15°.仿真结果如表1所示.
图4 设定道路类型示意图
由表1可知，照度均值、照度均匀性、环境比（SR）、亮度均值、亮度均匀性、眩光限制阈值增量（T1）等主要指标均达到或超过城市主干道路路灯的技术要求[14].仿真光源分布如图5所示.
图5 仿真光源分布图（彩图见封二）
表1 DIALUX仿真结果与标准对比
在江苏省常熟市沿江开发区主干道路上对本设计（实物如图6所示）进行了测试.路灯布置方式采用双侧对称布置，灯间距30 m，车行道宽度10.5 m（半幅），安装单杆单悬挑路灯，高11.5 m.测试当天晴天， 无月光， 测试时间：21∶15—21∶25， 采用的测试仪器为台湾泰仕高精度照度计TES-1339，测试数据如表2所示.
图6 中功率LED模组实体图
从表2所示的路灯模组照度测试记录上看，最小照度为14.07 lx，路面最大照度为30.79 lx，路面平均照度为22.424 72 lx，达到城市主干道的国际照度要求，采用该设计方案完全可满足路灯照明的技术要求.
利用3030双晶LED灯球设计的这种路灯模组，其尺寸紧凑，透镜制造工艺简单，光效高.仿真测试和实际测试结果均显示，该路灯模组的各项照明指标均达到城市主干道路路灯的技术要求.随着智慧灯联网的发展，下一步考虑将该路灯模组与无线路灯节点进行组合设计，构建LED智慧照明控制系统，实现对照明系统的远程控制并可通过PWM进行路灯亮度调节，以使照明系统更加智能和节能.
表2 路灯模组照度测试记录 lx
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