莱德光电子LED路灯的研究.doc

学 号_1009141101 毕 业 设 计 课 题 莱德光电子SM065型号LED路灯研究与运用 学生姓名 吴钟鸣 院 别 电气工程学院 专业班级 10电气工程及其自动化一班 指导教师 高 鹏 二0 一四 年 四 月铜陵学院毕业设计目 录第一章 LED 路灯的发展情况- 1 -1.1 高压钠灯与LED路灯性能比对- 1 -1.2 当前LED路灯不能实现大规模运用的原因- 1 -1.3 LED路灯前景展望- 1 -第二章 LD-LED发光电源驱动器的研究及其优势- 2 -2.1 LED的工作原理分析- 2 - 2.1.1 LED发光原理- 2 - 2.1.2 LED的工作电源分析- 2 -2.2 LD-LED 路灯的电源驱动器的设计和原理分析- 3 - 2.2.1 运用单片机智能控制的多相位方波群来实现整流的技术概括- 3 - 2.2.2 基于电感线圈代替电解电容的电路传统的电路- 4 -2.3 莱德光电LED路灯模组的优势- 4 -第三章 莱德LED路灯模组产品规格和防护性能- 6 -3.1 莱德LED路灯模组产品规格- 6 -3.2 LD-SM065 LED路灯模组的防护性能- 6 -第四章 LD-SM065 LED路灯模组硬件设计- 8 -4.1 LD-SM065 LED路灯模组的COFB集成光源- 8 -4.2 散热模组- 9 -4.3 驱动模组- 10 - 4.3.1 开关型直流降压电路- 10 - 4.3.2 恒流驱动电路- 11 -第五章 LD-SM065 LED模组路灯的热学测试和光学测试- 13 -5.1 LD-SM065 LED模组路灯的热学测试- 13 - 5.1.1 测试方法- 13 - 5.1.2 测试数据- 13 - 5.1.3 测试总结- 14 -5.2 LD-SM065 LED模组路灯的光学测试- 14 - 5.2.1 路面照明度的实测数据：- 14 - 5.2.2 高压钠灯和LD-SM065 LED模组路灯正常工作照明效果对比- 16 -结 论- 17 -参 考 文 献- 18 -致 谢- 19 -插图清单图2-1 LED降压型开关电源电路图.2图2-2 PWM脉宽调制器所得波形图.2图2-3 具有电解电容滤波的开关电源图.3图2-4 滤波电容开关电源所得电压波形图.3图2-5 传统整流器原理图和其电压波形图.4图2-6 运用电解电容的滤波电路和产生电压的波形图.4图2-7 LED路灯模组组成图.4图2-8 均热板组成图.5图3-1 气流方向.7图3-2 驱动下方空腔.7图4-1 路灯组成图.8图4-2 COFB集成光源散热工作原理.9图4-3 降压型(Buck)拓扑结构.10图4-4 适应于LED照明驱动的Buck结构.11图4-5 恒流驱动电路.12图5-1 测试电路图.13图5-2 伏安特性图.13图5-3 LED路灯温度测点图.14图5-4 测试路段图.15图5-5 道路截面图 a).15图5-5 测试点位置 b).15图5-6 照明计图.16图5-7 高压钠灯和LD-SM065 LED模组路灯对比图.16表格清单表3-1 路灯规格型号表.6表4-1 LED路灯和高压钠灯参数对比表.9表5-1 测点温升.14表5-2 试路段的情况说明.15表5-3 测试数据统计.16摘 要近年来，因为世界能源短缺，气候变暖，生态环境恶化等一系列全球性问题的不断出现，人们的环保意识不断增强，探索新一代照明系统成为摆在科技人员面前的新课题。LED依靠发光性能优良、绿色、节能、环保等优点，越来越被重视。LED技术在城市道路照明领域运用的愈来愈广泛，成为更多技术研发人员研究的对象。随着多项技术的逐渐突破和进一步发展，LED路灯技术更为成熟，使得城市规划者和政策制定者把该项技术作为其优先考虑的方向之一。但是，由于LED技术在道路照明领域运用的时间并不久远，目前，还有很多难题亟待解决。如售价、性能、寿命等问题一直困扰着研究人员，同时，也阻碍着该型照明设备的普及和广泛运用。如何更好地解决这些现实问题成为摆在科研人员面前的新课题。本文围绕着型号为LD-SM065的LED路灯的驱动电路设计和应用进行了相关介绍。具体来说主要是从LED路灯模组的优势以及莱德光电LED路灯模组的优势、LED路灯模组产品规格和防护性能、高效的恒流驱动电路进行了说明。其实LED路灯即半导体照明灯，是以发光二极管作为固态冷光源，具有耗电少、光效高、寿命长、环保无污染等特点，因此被做成LED模组路灯，来满足不同场合道路照明的需求。关键词：LED路灯；LD-SM065；发光二极管；驱动电路AbstractIn recent years, because the worlds energy shortage, global warming, deterioration of ecological environment and a series of global problems appear constantly, to enhance peoples environmental consciousness, exploring a new generation of lighting system, becomes a new issue facing the scientific and technological personnel. LED glow rely on excellent performance, the advantages of green, energy saving, environmental protection, more and more valued. LED technology of more and more widely used in the field of city road lighting, more technology research and development personnel become one of the research object. As a number of technical breakthroughs and further development, LED street lamp technology is more mature, city planners and policy makers take the technology as one of the preferred direction.However, because the LED technology used in the field of road lighting time is not long, at present, there are still many problems to be solved. Such as price, performance, life has been plagued by problems such as researchers, at the same time, also hindering the spread of this type of lighting equipment and widely used. How to better solve the practical problem has become a new subject in front of scientific research personnel.This article revolves around the model for LD - SM065 LED street lamp driver circuit design and application of the related introduction. Specifically brad, mainly from the advantage of LED street lamp module and the advantage of photoelectric LED street lamp module, LED street lamp module specifications and protective performance, high efficiency constant current driver circuit. Actually LED street lamp which semiconductor lighting, is based on light-emitting diodes (leds) as a solid cold light source, has the advantages of low power consumption, high photosynthetic efficiency, long life, environmental protection, no pollution, thus be made into LED module lights, to meet the needs of different occasions road lighting.Keywords： LED street lamp; High-pressure sodium lamp; LD-SM065; Drive circuit第一章 LED 路灯的发展情况当前，LED产品具有较高的使用效率，超过了高压钠灯，不过从价格角度,仍比主流照明使用的钠灯高很多。从显色能力、节能环保、使用时限等方面已经展示出其独特之处，它的光电转化率正在逐步提升。LED已经有几十年的历史，它的发展速度相当快，最早使用的通电信号灯,到目前的汽车尾灯，LED路灯，LED背光电视机等，已在很多领域得到大量应用。但作为功能照明，由于功率比较大，散热问题一直成为其难以普及的重要原因。1.1 高压钠灯与LED路灯性能比对从使用寿命角度来看， 系统内电器元件寿命最短的一个直接决定LED的寿命，因此，对其元器件制造的统一性要求非常高。另外，LED路灯的显色指数较高，相对于传统高压钠灯的色彩还原性更佳，提高了事物的辨别能力，使得司机看清路况，让行人主观感受更亮。1LED路灯还有一个明显的优势，就是能够瞬间启动且能支持热启动，在这一方面，要比高压钠灯优越。由于这些优势的存在，可以预言，LED路灯在不久的将来一定会更为广泛的运用。1.2 当前LED路灯不能实现大规模运用的原因高压钠灯更方便维修，它的光源、电容、整流器等其他内部原件损坏，可以独立修理、更换，操作简易，费用较低。但是，由于LED路灯是集成结构，一旦损坏就不得不整体更换，费用高，投入大。LED路灯难以做到一致性，使用中，总是有寿命达不到标准的产品出现。同时，由于蓝光LED荧光粉会发生相关化学反应，使用一年后，LED路灯很容易发生色偏现象。检测领域的问题还有待解决。当前，LED灯的检测器具的制造，检测手段的规范，检测标准的制定等工作还没能较快的更进，尚且不能适应其产业迅速发展的要求。2面对客户最为突出的问题是不具有通用性和缺少互换性，备件备品的储备，成为LED使用用户一直以来的烦恼，这也使得LED照明设备难以在更大范围内得到广泛的使用。1.3 LED路灯前景展望应当看到，LED路灯有较多的优良特点，随着技术进一步发展和相关政策法规的出台运行，LED路灯的使用量一定会大幅度增加，发展前景乐观。同时，LED路等领域还有很多问题需要解决。第一，要有行业法规的支撑。第二，处理光效升高问题。让LED的光效比主流钠灯高的更为明显，节能效果的更为突出，会让更多用户愿意选择使用LED照明设备。第三，控制成本。控制成本是为了进一步展现LED照明设备性价比优势，使用户产生内在动力使用该产品，才能够迎来LED的春天。当上述问题得到系统细致的解决后，才能够促进LED照明领域的大繁荣，大发展。第二章 LD-LED发光电源驱动器的研究及其优势2.1 LED的工作原理分析2.1.1 LED发光原理照明发光二极管一般是某种特定化合物，比如砷化镓、磷化镓、磷砷化镓等半导体材料构成，它的最为关键的部分是PN结。它的发光过程是，当通入正向电压时，电子将从N区进入P区，相反地，空穴由P区进入N区。3注入对方区域的一部分少数载流子与该区域多数载流子复合便发光。一般来讲，发光二极管中一般含有几种色彩的芯片。也有可能是，发光中心先捕获空穴，然后才和电子复合发光。不仅有这种发光复合，还有其他情况，比如介于导带和介带中间附近的非发光中心捕获有分电子，在这之后再和空穴复合，每次释放出少量能量，所以不能发出可见光。32.1.2 LED的工作电源分析虽然，要求使用工频电供电的LED灯，要接入220伏或者380伏的电源，不过需要很好的控制LED 的电源驱动电路输出电流和电压，才能得到有效的禁带宽度，以此来得到LED 正常情况下工作的电压。传统的LED电源供电系统运用电容和开关电源等原件来完成整流、降压、稳压等工作环节。这样会产生一系列问题，主要有问题如下。从技术领域来看，LED本身的寿命是非常长的，甚至能能达到几万个小时，但实际使用情况下，有时能达到8000小时就很好了。综合分析导致这种现象出现的原因，其故障根源，绝大多数问题都是电源驱动器内的元件损坏，从而导致路灯提前不能使用，而并不是LED光源自身问题所引发的。在实际运用中，路灯周边温度和作用在器件自身阻抗上的电流引起的温度升高对电解电容的有效工作时间影响非常大。可是，电解电容上标注的额定寿命是产品制造商根据给定最大额定纹波电流和暴露在最高额定环境温度状况下试验所得出的。4通常，降压式开关电源在50Hz电网的LED路灯电源驱动电路中运用的最为广泛，其电路图如图2-1 所示。图2-1 LED降压型开关电源电路图图2-2 PWM脉宽调制器所得波形图如果一个周期内，开关导通的时间为ton，断开时间为toff，即开关转换周期为这两个时间之和，那么输出电压的等效值是 Uo = ( ton /T) Ui （2.1） 令Uo =Ui （2.2）其中，表示脉冲占空比系数，其值等于导通时间占总时间的比例。易见，改变占空比系数是调整输出电压有效值的唯一可行的方法，而调整占空系数的方法主要是运用脉宽调制器。PWM脉宽调制的工作原理是，它能够周而复始地接通和断开开关，产生持续的方波波形图，如图2-2所示。从图中可以看出，输出电压一定存在最小电压0v和最大电压Ui两种状态。5为了解决电压的跳跃这个问题，所得方波值要通过平滑滤波才能得到稳定可靠的Uav值，一般所用的元器件是电解电容。这样，就得到具有滤波电容的开关电源示意图如图2-3，其所得的电压波形图，如图2-4所示。图2-3 具有电解电容滤波的开关电源图图2-4 滤波电容开关电源所得电压波形图目前市场上LED路灯驱动电源基本上都是使用电解电容，而这种方法有一个共同的缺陷。万一电解电容损坏，那么实际输出电压立即变为图2所示，输出的是电压脉冲，立即就会烧坏LED 光源芯片。在电子器件生产过程中，生产厂商会提供产品的相关数据，这其中就包括使用寿命数据。综合分析可得电解电容的正常使用寿命只有2000至10000小时。2.2 LD-LED路灯的电源驱动器的设计和原理分析 根据上述对电容器存在的问题的分析，同时因为目前电网电源的电压和频率存在的波动和，这将会更大程度地影响到电源驱动器的输出输出的稳定性。2.2.1 运用单片机智能控制的多相位方波群来实现整流的技术概括通常，利用“硅桥”来达到整流的作用，即电源驱动运用的4 只被接成桥路的整流二极管，构成一个完整的整流器件。这种整流器所用到的原理就是二极管的单向导电性，通过合理的连接使得正弦交流电压在零点进行换向。6这种整流器原理图和产生的波形图如图2-5所示。图2-5 传统整流器原理图和其电压波形图而运用单片机智能控制的可控硅触发技术可以得到较为平整电流波。通过合理地调整触发角度，能够得到更为平稳的直流电压波形图，从而取代传统的PWM。2.2.2 基于电感线圈代替电解电容的电路传统的电路图2-6 运用电解电容的滤波电路和产生电压的波形图环境温度和流过元件阻抗上的纹波电流引起的内部温度升高对电解电容的有效工作寿命有很大的影响。磁放大稳压器主要是电感线圈构成的，利用它可以实现对电源的稳压和恒流，削弱电网电源电压不稳定时产生的涌流对输出电压的破换。72.3 莱德光电LED路灯模组的优势莱德光电LED路灯模组主要由热管散热管、防水垫圈、COFB光源、透镜和透镜压盖等部件组成，采用改进部件后具有了各种独特的优势。8 图2-7 LED路灯模组组成图 （1）莱德LED路灯采纳了经济的散热设计方案凭借安徽省半导体照明工程技术研究中心强大的设计能力，并且恰当的利用空气动力学、传热学原理对散热模块进行优化设计，从而保证了120W散热模块总重量不会高于1.5公斤，而且顺利获得最高的使用性评比。在制造LED路灯模组过程中，采用了全球领先的相变冷却技术，以及完善的散热管理系统，其中包括LED灯具的均热板组成图（如下图所示）。因此在实际工作时不会有大量的热量积攒，同时也在某种程度上延长了LED路灯的使用寿命。LED路灯模组采用的是COFB光源，而COFB光源的相变基板迅速将芯片所产生的全部热量进行扩散，从而很好地解决了芯片热点效应，并且保证了在环温30以内结温小于75。（2）便于光学设计LED体积小，可以在半平面上定向发光，在灯具设计时可以将其近似视为是点光源，非常适合于采用透镜或反射器来进行光学设计，获得比较理想的配光，实现较高的灯具效率。通过在实践使用中的不断摸索，进一步优化了设计的散热模块，同时很好的降低了整个灯具的重量。莱德光电LED路灯模组采用了高透光性非球面玻璃透镜，从而保证了LED路灯使用时所产生的路面亮度均匀度为0.5以上，并且没有暗区，同时也没有斑马纹。（3）功率自由组合，应用范围广LED路灯中使用1-2个模组实现40-200W的功率自由组合，并且提供了从3400-20000lm不等的光通量输出，再加上它的低功率以及很高的光效，从而满足实际使用中不同场合的需求。在现实生活中直接代替传统路灯的光源，而且还在安装、调试以及售后服务各个方面都比较方便。9莱德光电的LED灯具模组不仅使用在路灯照明中，而且还大量应用于隧道灯、工矿灯等等。LED灯具的均热板组成图：图2-8 均热板组成图第三章 莱德LED路灯模组产品规格和防护性能莱德光电结合我国近年来道路照明LED 灯的实际发展情况，制定了路灯模组的产品型号编码规则。 国内外对LED路灯的防护性能都重视有加，并且在设计制造中逐步提高防护等级。3.1 莱德LED路灯模组产品规格LD-SM065 LED路灯模组的产品型号编码规则如下： LD-SM-065-A模组版本模组功率（统一表示为3位数字） LED路灯模组莱德LD-SM065 LED路灯模组的其他规格型号如下表格3-1：表3-1 路灯规格型号表LED路灯模组型号功率 (W)光通量（lm）色温（K）防护等级额定电压及频率适用高度工作环境85lm/w(45mil芯片）100lm/w(60mil芯片）LD-SM06565W552565003300-6500IP65AC100-240V 50/60Hz6-8m-30至+453.2 LD-SM065 LED路灯模组的防护性能通过防水试验测试得到LD-SM065 LED路灯模组可以达到IP66的要求的结论，同时驱动的防护等级为IP67。将LED路灯与传统路灯相比较，得知LED路灯对热量更加敏感，所以通过在路灯的灯壳上对应位置打孔，使路灯灯壳内形成一种对流环境，从而促进灯壳内部的空气流动，可以大大的降低模组的温度，如图3-1所示。 图3-1 气流方向另外在某种意义上，LD-SM065 LED路灯模组的灯壳上的孔位对气流流动还具有很好的促进作用，同时LED灯壳上的这些孔位的直径也很小，能尽量避免树叶或者鸟类进入其内部。即使是雨雪天气，同样也不会影响散热器的散热能力，灯具点亮后，积聚在灯体内部的冰或者雪接着就开始融化，通过灯壳底部的孔全部流出，同时还可以清洁沉积在灯壳内及散热器表面的许多灰尘。还有LED路灯采用了硅胶等高级材料，化学性质相比其他材料是特别稳定的，即使在低温条件下也可以正常工作。如果将传统路灯固定镇流器的位置来固定驱动，则该处还有一个空腔，掉落的昆虫或者树叶碎片如果积累在这里，那么当下雨的时候就会被雨水从路灯底部的小孔带出灯体，如图3-2所示。图3-2 驱动下方空腔最明显的好处是不会造成路灯在户外恶劣的天气下造成意外堵塞而不能进行正常的发光，也不会影响日常生活中正常的道路照明；其外的好处是大大的延长LD-SM065 LED路灯的使用寿命，可以避免经常性的更换毁坏的路灯。第四章 LD-SM065 LED路灯模组硬件设计莱德光电LED路灯基本组成包括：灯壳(Lamp shell)莱德光电集成化光源(Lader photoelectric integrated light source)散热模组(Cooling module）、驱动模组(Driving module)等,如图所示：图4-1 路灯组成图4.1 LD-SM065 LED路灯模组的COFB集成光源（1）路灯模组的集成光源的主要色温标准及控制首先LD-SM065 LED路灯模组的集成光源的色温控制标准是把美国国家标准协会（ANSI)的固态照明产品的色度规范作为我们ANSI坐标分BIN标准图形的，这样就在使用中很方便，与其他产品的规格都是统一的，同时也能很好进行搭配组合。其次路灯模组的集成光源的色温范围工艺控制是：在工艺制造中使用了集成光源COFB，采用全自动化的设备投入进行生产，同时在点荧光粉工序中会对每个光源进行测试并且进行补粉，通过这些措施的实行，来为了提高色温控制的一致性，从而可以确保色温控制在4000+275K范围以内，但是在实际制造中可以按照客户的具体要求来特地定制色温的具体范围。10（2）LD-SM065 LED路灯和高压钠灯的显色性对比经过反复的试验来合理的选用路灯所需要的荧光粉种类配比以及芯片等等，从而能保证集成光源的显色指数为CRI65。先测试出当前普遍使用的LED路灯和高压钠灯各个相关参数，然后再把LED路灯和高压钠灯进行各个方面参数的仔细对比，就可以很明显发现LED路灯的各个参数上的优点，从而在另一个方面很有力的证明使用的各个元件都是很合理的。表4-1 LED路灯和高压钠灯参数对比表灯具类型光谱分布显色指数色温光效测试条件高压钠灯40.92021K38.5lm/W测试仪器：杭州远方HASS-2000测试系统LED路灯67.63973K94.9lm/W环境条件：21，56RH%（3）LD-SM065 LED路灯的COFB集成光源散热工作原理LD-SM065 LED路灯的COFB集成光源是公司独立自主研发出来的一种目前很新型的集成光源，COFB集成光源主要是将LED晶粒直接封装在均温板上，如图4-1。在某种程度上大大的降低了LED的结温，目前可以说是LED热管理上的一个重要的技术新突破。在COFB集成光源中，平板热管是一个内壁具有微结构的真空腔体（如下图4-2所示），其主要是由密闭容器、毛细结构、支撑结构与工质四个大部分所组成的。当其平板热管局部位置与较小面积的发热元件相接触的时候，其中所产生的热量由热源传至蒸发区，腔体内的工质会在真空环境下气化，然后吸收热量并迅速膨胀起来，很快充满了整个腔体。蒸气由于压力较高而流向较低压处（也就是冷凝区），从而发生了凝结状态，释放出蒸发时累积的所有热。此运作会将在腔内周而复始反复的进行，接着将局部热量通过工质的液气相变化传输至平板热管内所有的空间去，因此它具有良好的热扩散性以及均温性的。LD-SM065 LED路灯所采用的COFB集成光源具体的细节结构和其散热工作原理如图4-2所示：图4-2 COFB集成光源散热工作原理 4.2 散热模组LED路灯散热技术，一般多用一片5mm厚的铜板以导热板方式，实际类似均温板，将热源均温掉；也有以加装散热片的方式来实现，但此种做法将导致灯组重量过大，而重量在路灯系统中十分重要，若太重则危险性就增加，因为路灯高9米，在遇台风、地震等自然灾害时，都可能造成意外。此外在重量和体积上也有所改进，并且防水性能较普通铝型材散热器更好。另外，针对大功率LED路灯所开发出的铝散热器也具有良好的导热和散热性能，而铝散热器常见的3种结构形式为鳍片式、开放式和热管11。用导热膏将气隙填充起来，只是权宜之计11，通过铣床或多道拉丝的处理，来尽可能提高吸热底的平整度才是解决这个问题的根本方法。同时，只有吸热底足够的厚度才能使吸热底的热量更有效地传导到更多的鳍片上，才会有较强的热传导能力。通常将吸热底与散热鳍片压铸成为一个整体，鳍片的方向与道路平行，这样迅速传导到鳍片上的热量，能更有效的被流动的空气带走并散发出去11。4.3 驱动模组4.3.1 开关型直流降压电路开关型直流转换器含有储能元件电感,因此其电流驱动能力较强：“第一种时钟状态下电能储存在电感上,第二种时钟状态下电感储存的电能释放到电容上,来保证输出电流的驱动能力，为保证电路的稳定输出，需借助反馈环路和外围参数的设置来基本克服输出纹波的影响”。开关型直流转换器有多种连接方式,但拓扑结构主要有3种:降压型(Buck),升压型(Boost)和升降压型(Boost-Buck)12,这里主要介绍降压型(Buck)以及一种有利于应用在恒流LED驱动的特殊形式的Buck电路。降压型(Buck)的结构如图4-3所示: 图4-3 降压型(Buck)拓扑结构如图所示，在PWM信号的作用下，当开关S闭合时，二极管反偏，处于截止状态，电源Vin给电感L和电容CL充电，随着电感L上的电流增加，输出电压Vout也将增加;当开关S断开时，因电感L上的电流不会突变，迫使二极管D开启，充当续流的任务，从而电感L、电容CL、负载RL及二极管D形成回路13。根据电感的伏秒平衡原理(voltage second balance): (Vin一Vout)*D*TS一Vout(1一D)*TS=0 (4.1) Vout=Vin*D (4.2)式中D是PWM信号的占空比，Ts是时钟周期。如果所用器件皆为理想元件，那么电路的效率与输入输出的电压和电流都没有关系，将是100%，能在多种输入输出的要求下保证较高的效率。此外由于电路中包含电感，其电流驱动能力强，可以提供几安培到几十安培的电流13。通过上述分析可知，总的来说按降压型大功率LED驱动的设计要求，BUCK电路还是非常适合的，但有一些具体设计上的问题还需考虑，与上图4-1所示不同:首先是开关如何在开关管S处于上端与高的输入电压相连的情况下，怎样由芯片输出的PWM信号所驱动的问题。一般来讲，现代集成芯片的工作电压1.8V、3.3V普遍比较低；虽然讲CSMCBCD0.5um工艺能够耐受40V的高压，但是如果整块芯片设计的工作电压都在40V，不仅芯片功耗大，而且高压工艺的结构造成芯片所占面积过大，成本也相当高昂。由于芯片制造工艺的局限，电路一般只能工作在5V，如何驱动足够数量的二极管就成了必须思考的问题，如果用比较高的输入电压(大于30V )来驱动足够数量的LED灯，那么就存在如何在保证输出电流恒定的前提下，用低驱动电压来驱动高的输入电压的问题。对所选用的Buck进行拓扑结构调整是解决这些问题的策略，其结构如下所示：图4-4 适应于LED照明驱动的Buck结构由于上述结构将功率管MOS接地，因而使典型的功率管正常开启只需5V的驱动电压，只要芯片驱动能力足够就可以驱动大的电流(1A);同时芯片的电源和系统的电源可以分离，要驱动足够数量的LED灯只需提供足够高的系统电压，就可实现大功率的要求。接下来，我们将在这种电路结构上完成设计目标，实现大功率LED的恒流驱动13。4.3.2 恒流驱动电路14莱德光电采用了高效恒流驱动，恒压供电的基本电路14(如图3-3左)，经过采样反馈电阻RFB1和RFB2，DC/DC稳压器感知VFB随负载电流发生变化而引起的变化，使输出电压维持在某一特定值： (4.3) 在图4-5的右侧，DC/DC稳压器的FB是高阻输入端，流经LED的电流IF为： IF=VFB/RFB (4.4)DC/DC稳压器FB反馈端实现恒压到恒流转换是通过DC/DC稳压器感知VFB以及调整LED正端电压，使流经LED的电流IF保持恒定。 一般来说，所选的电阻要保证VFB落在DC/DC稳压器可感知的范围内，而LED一旦被选定，其工作电流IF的大小也随之确定。 假设IF分别为15mA、350mA和700mA，在VFB=1.25V时，采样电阻的功耗将分别小于20mW、400mW和800mW14。对于1W的LED来说，采样电阻的功耗分别占到总电源消耗的2%、40%和80%14。因此，尽可能选取小数值的采样电阻对提高LED的功效尤为重要。 在FB端和RFB之间放置一运算放大器以放大RFB采集到的电压VTAP，解决直接将RFB与FB端相连造成的RFB功耗过大问题。 IF=VTAP/RFB=(VFB/RFB)*(1+RF/RI) (4.5)通常，1W大功率LED的典型工作电流为350mA，如果选择RFB等于1欧姆，则RFB的功耗为： RFB=I2*R=0.352*1=0.12W (4.6)鉴于运算放大器自身的功耗，RFB及其附属电路的功耗大约为1W LED功率的12%。保证在LED恒流供电的情况下将RFB的功耗降低到容许值，使LED两端的电压及流经的电流都尽可能大。美国国家半导体按照上述工作原理设计了LM2736和LM2734的稳压器14。 图4-5 恒流驱动电路第五章 LD-SM065 LED模组路灯的热学测试和光学测试目前，日常生活中LED的应用越来越多，因而LED的质量成为人们关注的一个问题，基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，其中LED路灯模组的热学测试和光学测试是检验其性能的重要而且唯一的手段。5.1 LD-SM065 LED模组路灯的热学测试5.1.1 测试方法热阻和结温是LED的热学主要特性。热阻指的是沿热流通道上的温度差和通道上耗散的功率之比。结温指的是LED的PN结温度。现只介绍LED结温测量的方法，即电测试法。在通入正向小电流时，PN结温度升高和正向电压增加量线性相关。其温度-电压敏感系数即相关系数K,单位:/mv 图5-1 测试电路图开关接入1,通入电流IM,可测出正向电压VFi。开关接入2,快速通入加热电流IH,可测出正向电压VH。开关接入1,快速通入电流IM,可测出正向电压VFf。VF=VFiVFf Ti=K VFTJ=TJi+ Ti 图5-2 伏安特性图5.1.2 测试数据 如下图5-3所示，选取六个测试点，再测量不同点处的温升情况。散热器鯺片温度热管散热器基面温度外壳温度灯壳内空间温度驱动器温度光源基板温度 图5-3 LED路灯温度测点图 表5-1 测点温升测点温升（）灯壳空间热管散热器鯺片散热器基面光源基板外壳驱动器此次设计的LED路灯模组的功率是65W7.223.425.433.84.915.9 5.1.3 测试总结表格5-1是LED模组路灯的各点的温升测试值，在没有空气流动的极端情况下，可见光源基板的最大温升仅为34.8，也就是当环境温度为40的时候，芯片的结温在80左右，不过在实际使用情况下，环境温度低于35，而且气温30-35在一年中的总共天数不超过六十天，意思也就是说实际情况下所使用的芯片的结温在75以下。众所周知结温与光衰之间存在一定的关系，再参考一下cree测试的光衰和结温两者之间的关系知道，然后根据所测试的实验数据，得到这样的结论，也就是设计采用的LED集成模组3年光衰减小于10%。5.2 LD-SM065 LED模组路灯的光学测试5.2.1 路面照明度的实测数据：针对于安装的LED模组路灯示范路，用照度计等相关仪器对其进行跟踪测试，测试路段的情况如下： 图5-4 测试路段图表5-2 试路段的情况说明选项路段宽度测量路灯间距灯杆高度路灯排列方式测量宽度数据双向6车道LED灯35米12m双排单向3车道（约11.4m）人行道图4-2绿化带非机动车道绿化带73.4444 图5-5 道路截面图 a)36米3.4米车道2-12-22-32-42-51-51-41-31-21-11-13-23-33-43-5 图5-5 道路截面图 b)实际测试中用如图所示的照度计贴上去测量若干点，再求平均值，然后用数学方法求均匀度。图5-6 照明计图跟踪测试得出的测试数据统计在下表5-3所示：表5-3 测试数据统计序号测试时间取点编号照明度取点编号照明度取点编号照明度12012-2-171-157.72-134.93-117.921-245.42-230.733-217.931-329.32-320.53-315.341-430.22-420.43-41651-547.22-532.73-520.55.2.2 高压钠灯和LD-SM065 LED模组路灯正常工作照明效果对比如下对比图所示：图中的道路左边为400W+400W高压钠灯的照明效果，经过测量而得到的平均照度为13.68lux，道路右边为180W+120W 模组化LED路灯，测量得到的平均照度为22.51lux；可以看出LD-SM065 LED模组化路灯的一侧路面没有暗斑，并且没有斑马纹，从而可以发现它的照度很均匀，达到了预期的良好效果。图5-7 高压钠灯和LD-SM065 LED模组路灯对比图结 论近年来，因为世界能源短缺，气候变暖，生态环境恶化等一系列全球性问题的不断出现，人们的环保意识不断增强，探索新一代照明系统成为摆在科技人员面前的新课题。LED依靠发光性能优良、绿色、节能、环保等优点，越来越被重视。LED技术在城市道路照明领域运用的愈来愈广泛，成为更多技术研发人员研究的对象。随着多项技术的逐渐突破和进一步发展，LED路灯技术更为成熟，使得城市规划者和政策制定者把该项技术作为其优先考虑的方向之一。虽然许多企业对半导体路灯逐渐实用化展开了有益的探索，但目前市场上大多数的LED路灯根本没有考虑和利用其自身特点，做出来的照明与节能效果俱佳的路灯产品，仅仅是点亮了而已。节能、使用寿命长是LED路灯备受欢迎的主要原因。虽然与白炽灯相比，目前球泡型LED灯的效率更高，但与荧光灯相比，还是偏低。这是因为发热降低了LED芯片的发光效率，交流变直流时，电源效率降低以及配光分布变换和使用扩散板导致光效的下降，进一步加剧了整个LED照明灯具的效率下降。因此，本课题的设计就是为了更好的利用LED节能，长寿命的特点，对LED模组路灯从散热模块、COFB光源、高效恒流驱动电路等LED路灯模组产品各个方面进行了相关研究和介绍，并且为了了解已经设计制造的LED路灯实际使用状况，对其进行了热学和光学的跟