LED路灯后期维护更换率有效控制.doc

LED路灯节能项目后期维护更换率有效控制方案路灯EMC节能的LED替代方案中，后期维护更换率是目前困扰多数EMC公司的关键问题之一。供应商对后期更换率的承诺范围及承诺期，直接影响到EMC公司对该项目的投资收益率，甚至影响该项目的盈亏。针对此问题，考虑到多家供应商不愿做出五年后的更换率承诺，我们中航国际环境能源事业部在近期开展了系统的调研。首先对相关文献进行了检索，对目前造成LED路灯光衰的原因及目前已经解决的程度有了大致了解。然后针对目前最关键的散热问题以及由此产生的寿命问题及后期更换率的承诺范围，进行了更加深入的供应商交流和实地调研。先将部分调研资料及本次调研结论介绍如下：一、 LED路灯光衰影响因素及控制状况从国内外多数文献来看，导致白光LED光衰的因素主要来自两方面，就是材料因素（也包括材料使用工艺）和结构因素。具体的就是：1. 荧光粉（特别是荧光粉使用的胶）荧光粉在温度升高后，特备是高温下使用1000小时后，会出现明显的光衰现象。进一步的研究发现，这种对温度的响应主要是收到荧光粉胶的影响。目前，多数生产商已经开始使用高质量的硅胶替代耐温性能差的环氧胶，大大降低了荧光粉本对光衰的影响。另外，荧光粉本身晶型的热稳定性，也是光衰的影响因素之一。实际应用中发现，即使采用高质量的硅胶，还是会在高温使用3000-5000小时后出现光谱“蓝移”现象。对于路灯就是可观察到地面光线出现蓝青色色差。这就是本身荧光粉在高温下发生的光衰现象。虽然国际上也有高档的荧光粉销售，但荧光粉已经绝大部分实现了国产化。因此，解决该问题的重点还是在控制温度上。2. 芯片本身热性能不同类型的芯片及其衬底的导热性能相差较大，这也导致了芯片工作时的热积累状况及散热状况的差异。经过近几年的应用，该方面性价比也陆续为行业内厂家所了解。已经可以更加理性的选择芯片型号了。3. 芯片导热衬底材料芯片封装底座材料的导热性，也会影响到芯片本身的散热性能及工作状况。经过多年的实践，目前高端产品也已经选用了优质的金属材料，基本解决了该问题。4. 封装材料，特别是封装材料的导热性封装胶本身的导热性能，也会间接的影响芯片的整体散热性能，从而影响LED光衰性能或寿命。与上述其它因素相比，影响要小一些，但是用于散热器之间的密封胶却会直接影响到芯片的热性能。5. 封装工艺封装过程中，虚焊会产生电阻和热阻，间接造成芯片的热积累，从而影响光衰。这主要应当通过质量管理加以控制。6. 驱动电路本身是否涉及合理驱动电路中电容的寿命往往会影响整体LED的使用寿命。目前主要使用的铝电解电容本身在使用过程中并非发热元件，但由于电路中其它功率元件的发热，造成电容随之发生升温降温变化，而影响到其使用寿命。铝电解电容内含有液体电解液，升温降温的热效应会造成液体的“呼吸效应”，最终导致电解液的蒸发，寿命的缩短。较为可行的方式是采用有效的散热结构设计加以解决。7. 散热结构设计整体的散热结构设计，决定了关键的芯片和电容的使用热环境的最终温升状况，对整体产品的寿命影响极大。因此，近年来围绕散热结构设计已经出现大量的专利，其中也不乏独特优秀设计出现。二、 目前的主要问题及解决技术路线对照通过以上文献调研的结果分析，我们注意到，所有的影响因素最终都是通过温升才产生作用。这就使人想起老式的半导体收音机在正常的使用温度下，实际寿命可达二十年甚至三十年。因此，LED路灯控制光衰的核心就转化成控制温升。而控制温升最直接的综合手段就是有效散热。近年来，围绕着LED路灯的散热，出现了多种散热结构设计，主要有外力辅助散热（架风扇）、导热管散热技术、多光源点阵布置平面（或模组）散热结构系列和通透式单光源散热结构设计。以下就这几种散热结构从原理上初步分析比较其优劣：1. 通过外力铺助散热（如加风扇）传统的风扇散热方式不适合LED照明，主要原因有两个：1）风扇的寿命决定了灯具的寿命，从而无法发挥LED灯超长寿命的优势。2）使用风扇也增加了灯具的功率，从而无法发挥LED灯节能的优势2. 导热管散热结构高效的热传导要求：要存在温差，直接通畅尽量减少接触界面。在LED照明灯具中使用热管，增加了传导环节,增加了接触界面形成的热阻，是多余的机构，这已经成为淘汰技术。 3. 多光源点阵布置平面（或模组）散热结构 常规平板式模组结构LED路灯散热板与空气接触面积虽然较大，可是其中心部分的热量却不能与空气形成很好的对流，使其热量无法散去，造成局部温升，最终使得LED发生光衰及色差。4. 通透式单光源散热结构单颗多芯片集成封装LED光源 单光源路灯结构单光源通透式结构具有直接通畅的热传导通道，能快速有效地热交换，形成主动的冷热空气对流。使得热量本身成为推动热交换高效的动力。三、 LED路灯的技术创新1 单光源通透式散热结构2010年上海世博会未来馆，经过对大量LED厂家产品的甄选，最终选定单光源通透式结构产品。并有专家评论，这一结构是代表大功率LED应用的发展方向。目前，单光源通透式结构LED的多个单光源散热结构设计已经申请了美国、日本等多国发明专利。2 非灌胶式驱动电源结构目前LED行业内，用于室外照明的LED驱动电源部分一般都采用环氧浇注方式防水。这就造成原先无热效应的电容被浇注在具有热效应的功率元件模块内，导致内部热量无法快速向外散出。强烈影响了电容的使用寿命。非灌胶驱动电源结构而非灌胶驱动电源结构采用了其它专利方法有效地解决了防水问题，他们的防水测试要远比一般标准极端（见照片）： 浸没在水中的LED路灯防水试验3 单光源结构曲面配光设计系统自由曲面配光技术已经申请了国家发明专利。该技术可以根据道路的照度分布要求进行设计加工特定曲面透镜，实现道路光照均匀，无眩光。4 质量体系完善，对散热系统建立了检测评价体系1）建立了LED应用环境整体热成像温度分布监测方法2）建立了芯片和电容部分使用环境的点位温度监测系统 芯片使用过程温升监测5 实际应用样板四年使用后几乎无光衰选定的单光源