大功率LED道路照明光源的调光方案

前言

　　商品化的、发光效率大于100 lm/W 的照明级高亮度白光LED（HBW-LED，以下简称为LED）技术的飞速发展，为第四代照明带来了前所未有的机遇，是一种具有广泛应用前景、性能优良的道路照明光源。

　　虽然如此，应该看到在实际使用中，人们不仅对道路照明的现场环境、照明舒适度以及照明节能的要求越来越高，而且对品种丰富多样、功率越来越大的LED 道路照明光源的光输出特性要求也不同。主要体现在以下两个方面：

　　●道路照明光环境的多样性，即从单一照明时段满光输出到根据需求不同时段的可变光的输出；

　　●道路照明节能的要求，即整个照明时段从全功率照明到某些时段的降功率照明，这样既可以满足道路安全的要求，又可以节约大量的能源。

　　因此，针对上述两点，需要对不同照明模式下LED道路照明光源的调光方案进行专门研究。

　　1 发光二极管道路灯具的调光特性分析

　　无论是从当前道路照明的角度出发还是从节能方面的考量，LED 道路照明的调光需求都是合理且必要的。由于LED 器件自身固有的特性，调光不仅造成光输出量减少的单一变化，而且会带来一系列相关联的特性改变。主要的相互关联有：LED 芯片的发热温升、出光效率、使用寿命的变化，以及照明光源的光输出特性、道路的照明效果、驱动器工作特性、寿命变化等等一系列的问题。

　　1.1 LED 道路照明光源的调光模式

　　从实际使用的角度来看，LED 道路照明光源的调光模式主要分为有级型和无级型两大类，具体的分析如下：

　　1.1.1 LED 的有级型调光模式

　　LED 的有级型调光是最常见的，也是最简单、使用最方便的调光方式。

　　鉴于单片封装LED功率的相对较小及光源整体散热的限制，LED 道路照明光源一般均采用多单元的阵列结构。每一个LED 单元都具有独立的配光特性，采用在驱动器的输出制式配合下，单元分组调光这种最简单的形式或者借鉴传统道路照明调光方式的路灯间隔照明的减光方式。不仅如此，依据LED 道路照明光源调光对其光输出特性的影响，又可以细分为以下几种：

　　1.1.1.1 LED 单元的均匀分组调光

　　对于具有满足道路照明要求光输出特性的LED单元，其均匀分组调光只改变道路照明光源光输出强度的大小，几乎不改变其光输出的特性，可以获得调光前后一致的整体光输出特性，是一种较为优良的调光方式。在驱动器的配合下，可以实现多档调光。

　　图1 给出了在同一道路照明光源内多单元LED（在采用透镜配光的、单一的LED 单元就能够满足配光特性要求的前提下）的调光原理a 及光源内LED 单元均匀分组排列的结构示意b（一种样式）。由此可以得出，调光前后的对比只是改变光源光强输出的大小，而不改变本身的配光特性，因此调光的效果是比较理想的，但是调节明暗的平滑度稍差，不能随意地调节。

　　1.1.1.2 LED 单元的非均匀分组调光

　　同一道路照明光源内LED 单元的非均匀分组调光，主要是每个LED 单元分别担任不同的光输出角色，总体用来形成满足配光要求的光输出特性，具有构成简单、操控方便等特点。通过LED 单元非均匀分组排列的形式来获得在调光模式下保证道路照明效果。

　　图2 给出了这种调光原理a 及调光前后的LED 单元组亮灭的变化情况b。例如，城市道路照明中的前、后半夜需要不同的照明模式：前半夜为主、次车道全照明模式（组1 ＋组2），以保障主/快车道及次/慢车道的交通安全；后半夜交通流量很小，仅为主/快车道的道路照明模式（组2）。由此可见在同样的照明光源功率下，这种调光的方式较图1 来说就显得更为简单明了。

　　1.1.1.3 LED 道路光源的间隔调光

　　LED道路照明光源的间隔调光是仿照传统道路照明，如高压钠灯（HPS）路灯的调光方式，通过开闭相隔的光源来达到调光/减光的目的，方法简易、操控方便。虽然单个光源的光输出特性、照明效果、芯片的发热量、出光效率、使用寿命以及驱动器特性、使用寿命等在调光前后没有变化，并且也能够获得很高的节能效果（50%），但是其致命的缺点是对总体道路照明的光照均匀度影响较大，易形成照明暗区即所谓的“斑马效应”， 严重影响到道路的行车安全，达不到国家对道路照明的规范要求，因此只适宜于对照明要求不太严格的次/慢车道和小道上使用。