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清华大学深圳研究生院半导体证明实验室钱可元钱可元主要内容主要内容一．广东省地方标准解读-DB44/T609-2009路灯技术的发展现状二．LED路灯技术的发展现状三．LED路灯设计的关键技术路灯设计的关键技术四．LED路灯的光学设计五．系统的寿命与可靠性六LED路灯发展展望六．LED路灯发展展望LED路灯地方标准制定的目的LED路灯地方标准制定的目的y规范LED路灯市场y提升产品质量水平降低企业生产成本y降低企业生产成本y推动产业的优化升级y推动产业的优化升级y优化市场秩序y促进行业健康有序发展清华大学深圳研究生院名词术语名词术语•LED模块(LED module)•LED 路灯(LED street lamp)•LED热沉(LED heat‐sink)•平均相关色温(average CCT)初始值1,测试方法•初始值(initial values)•平均显色指数(average color renderingindex) ,2,空间的误差•平均显色指数(average color renderingindex) •LED路灯额定昀大温度tc(rated maximum temperature)cp清华大学深圳研究生院命名方法□□‐□/□‐□‐□‐□‐□防护等级（A—IP67，B—IP66，C—IP65）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）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表示示LED路灯额定功率，用数字表示，单位为WLED路灯用LLD表LED路灯，用LLD表示清华大学深圳研究生院一般要求般要求y使用环境要求：y室外温度：‐25℃～+50℃；y月平均空气相对湿度：不大于90%（25℃±5℃）；昀大温度y昀大温度yLED路灯额定昀大温度tc值不应大于58℃。昀大热度y昀大热沉温度y灯具内各个LED管的昀大热沉温度不应大于65℃。y功率因素不应小于0.92。y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IP65y平均寿命y额定平均寿命不应低于30,000 h清华大学深圳研究生院主要光学参数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主要光学参数平均显色指数Ra≥65平均显色指数Ra≥652000h光通量维持率≥98%维持率5000h光通量维持率≥97%维持率光斑形状矩形/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性不应发生明显变化灯具老化方法灯具老化方法y在没有强制通风、温度控制在20℃‐30℃的环境中进行；灯具按常安装姿态架设按灯具标称额定电或标称的y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。y灯具在老化过程中，每24 H中关闭不少于2次，每次关闭时间应为25 min～35 min,间隔时间至少应为30 min。样品数量不少于3台。3y试验中，灯具不得出现任何故障、烧毁，否则不合格。光衰和寿命测量推算方法光衰和寿命测量推算方法y以照度法替代光通量法；y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并得出5个点的平均维持率值；y在2000 H至5000 H之间，每336 H间隔测一次平均维持率值；在2000 H至5000 H之间，每336 H间隔测次平均维持率值；y如5000 H 时灯具仍然符合要求，则以2000 H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2000 H时对应的初始照度值比度值，已测得的每336H间隔的照度值与2000 H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。y选取其中1只路灯，同时用光度分布测试法测0H和2000 H时的光通量，计算出2 000H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2525℃℃±±11℃℃稳定稳定3H3H以上的情况下进行。以上的情况下进行。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ＬＥＤ路灯设计的难点ＬＥＤ路灯设计的难点光效光效光型光型光衰光衰寿命寿命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三，LED路灯光效的设计与测量三，LED路灯光效的设计与测量清华大学深圳研究生院光效光效y高压钠灯y光效100lm/W (120lm/W)y主要用于主干道，快速路照明,照度25~50lx主要用于主干道，快速路照明,照度2550lxy单盏110～400Wy均匀度035左右y均匀度0.35左右y节能灯y光效50~70lm/WyLED光源LED光源y光效80~100lm/W清华大学深圳研究生院灯具系统的效率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LED路灯的优势－光学方面的优势LED路灯的优势光学方面的优势光y发光立体角小；y传统路灯发光的立体角为4π；4y近似点光源，便于二次光学系统的设计；y均匀度有望大大提高(07)；y均匀度有望大大提高(0.7)；y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只考虑路面照明昀理想的情况！只考虑路面照明昀理想的情况！路灯光源光通量的计算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LED路灯面临的光学设计问题LED路灯面临的光学设计问题y常规LED远场分布具有的朗伯型特征y常规LED远场分布具有的朗伯型特征路灯配光设计精准到位是其能否替代传统路灯的关键路灯配光设计精准到位是其能否替代传统路灯的关键清华大学深圳研究生院IESStreetlightDistributionPatternsIESStreetlightDistributionPatternsType IType IIType IIIType IVType V•Thesepatternsarelargelybasedonthelightpatterncreatedbyexistingstreetlightingfixtures•Mostcustomerswillwanttokeepthesepatternsbecausepeopleareusedtoththem二次光学设计的误区二次光学设计的误区1.设计方向的选择：1.设计方向的选择：①追求理想的照明效果①追求理想的照明效果②光形可以随路面情况的不同而调整③光学面设计追求在满足照明效果下的昀高光效③光学面设计追求在满足照明效果下的昀高光效①只简单追求将光线向两边发散①只简单追求将光线向两边发散②实际的光形很难精确随路面情况的不同而调整③透镜设计往往追求了“形似”和外形的“创新”③透镜设计往往追求了“形似”和外形的“创新”而牺牲灯具的光效清华大学深圳研究生院二次光学设计的误区二次光学设计的误区2，测量与对照的误区：2，测量与对照的误区：以昀终道路路面的照明质量为测量与衡量手段只以简单光强角分布为测试参数.只简单光强角分布为测试数以“蝙蝠翼”形状光强角分布为合格？清华大学深圳研究生院各式“蝙蝠翼”的差距各式蝙蝠翼的差距无法在有限无法在有限的空间内形的空间内形的空间内形的空间内形成均匀照明成均匀照明成均匀照明成均匀照明区域。区域。清华大学深圳研究生院计算结果分析的疑惑计算结果分析的疑惑清华大学深圳研究生院3，二次光学结构的分析3，二次光学结构的分析•精确立式精确•高效分立式•安装简洁安装简洁•精度与光效的损失集成式•低成本低成本•光效=?镜盖一体式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，而是取决于桶壁上昀短的那块木板。只有构成木桶的所有木板都足够高木桶才只有构成木桶的所有木板都足够高，木桶才能盛满水；所有木板比最低木板高出的部分都是没有意义的，高的越多，浪费越大；要想增加木桶的容量，应该设法加高最低木板的高度，这是最有效也是最直接的途径。清华大学深圳研究生院传统路灯的“木桶效应”传统路灯的“木桶效应”各部件已经高各部件已经高度集成化和专业化生产。业化生产。清华大学深圳研究生院ＬＥＤ路灯的“木桶效应”ＬＥＤ路灯的木桶效应各块桶板代表LED芯片各块桶板代表不同的部件之寿命及可靠性。LED封装寿命及可靠性。LED驱动封装驱动透镜清华大学深圳研究生院LED路灯行业现状LED路灯行业现状传统照明大企业观望试水1.传统照明大企业观望、试水；2.众多小企业百花齐放;跳不出传统灯具束缚3.跳不出传统灯具束缚；LED光源LED灯具4.各地LED道路照明项目大多独立实施，良莠不齐重复投资重复建设重复试验重复犯错5.重复投资，重复建设，重复试验，重复犯错。清华大学深圳研究生院推广LED路灯的难点推广LED路灯的难点1.LED路灯成本高，一次性投入较大;2.技术规范与标准的滞后;3.专业部门的思维定势一时难以扭转;4.还缺乏配套的扶持与鼓励政策;5.人们对LED的认识有个过程，包括部分专家；清华大学深圳研究生院推广LED路灯的担忧推广LED路灯的担忧技术核心竞争力知识产权产业规模效益品牌与质量管理管标准的领先测试与规范国家的策略？做强做大？昀后得益清华大学深圳研究生院做强做大昀后得益LED产业链的规模LED产业链的规模外延芯片芯片器件封装器件封装应用产品应用产品清华大学深圳研究生院LED产业链的核心技术与专利之剑LED产业链的核心技术与专利之剑外延与芯片外延与芯片器件封装应用产品清华大学深圳研究生院“十城万盏”半导体照明应用工程试点“十城万盏”半导体照明应用工程试点陕西省