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LED隧道灯在隧道照明工程中重点技术指标的分析



LED隧道灯在隧道照明工程中 重点技术指标的分析
香港真明日集团有限套司 程云王国建

1前言
隧道中应用新型光源的节能研究目前在业界日益得到 关注,LED隧道灯的节能研究也获得了重大进罹。因为根据 明视觉与中间视觉的理论及显色性与照度关系等科研成果, LED应用于隧道照明的优势得天独厚,所以在国内已经有多 项重要隧道照明工程使用了LED隧

道灯。尽管LED隧道灯 具在隧道照明工程中的应用已经取得突破性进展,但是仍然 存在问题,如没有专门针对以LED为光源的隧道灯具的设 计与施工规范,产品性能参差不齐等。

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]隧建嚣黧。。L讪咖g
、\
表1 型号
XR—E

lW大功率白光LED在350mA驱动电流下的技术参数 LXK2-PWl4--V00
6500 105~llO

参数、\
色温(K) 光通量(Im)

NP7F12TW—ClZl
6000 100~107

、\
5600 107~114

本文将就LED用于隧道照明工程需要注意的重 点技术指标进行分析,期望能为设计单位以及用户提 供参考。

目前,常见的配光分布形式有聚光型配光、侧射型 配光、朗伯型配光。不同的应用场合适用不同的配光 形式,例如:道路照明宜选用蝙蝠翼型配光、射灯宜选 用聚光型配光。由于隧道照明的特殊性,隧道照明 中灯具的排布密度非常高,所以在隧道照明中对灯具

2光学部分
2.1

LED的光效

的二次配光形式不同于一般的道路照明。在隧道照明
中蝙蝠翼型配光、朗伯型配光都可以满足照度均匀度 的要求,这主要是由于隧道照明中灯距比较小,例如国 内一隧道照明工程的中间段灯距也只有5m。 下图给出了两款LED隧道灯的c0方向的配光 图。香港真明丽75隧道灯采用的是目前在道路照明 以及隧道照明中比较常用的蝙蝠翼型配光,而国内 某LED隧道灯为朗伯型配光。 (2)配光设计的特殊性

LED的单瓦流明输出是决定LED隧道灯是否具 有实用价值的基本指标,根据LED隧道灯在实际使用 中的要求,LED隧道灯所用LED的单瓦流明数应达
到901m。在经过2006年、2007年LED的发光效率的 高速发展后,CREE、Lumileds以及香港真明丽等著名

品牌都相继推出了最新的LED型号。表1提供了代 表目前技术前沿的几大厂商的最新款已量产的大功 率白光LED的参数。根据对表l的分析,影响LED隧 道灯推广的最基本指标——I.ED光效已经不是问题。
2.2=次配光分布

虽然说隧道照明中对配光分布形式的要求相对
宽松,但是必须有配光设计。由于配光设计是建立在 光源一次配光分布的基础上的,所以不同的光源种类

(1)配光分布形式
一1800

一1800

矮赫 麓瓣 §㈣L 蝶黟
\l扶妨勐
一300\\亡二

-二j/30。

00

00

(a)香港真明丽75 LED隧道灯


(b)国内某LED隧道灯

两款LED隧道灯C0方向的配光图对比

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2009中国道路照明论坛论文集(会刊)

TunneI I

Lig隧hti道ng照明rI—

有不同的分布,相应地配光设计也会改变。所以,虽然 有专业生产反光杯和透镜的厂家,但是他们提供的产 品只是以某一种LED光源为设计依据,当然也只能是
适合于某一种LED光源。而且现在LED光源的种类

3电气部分
3.1功率因数

在节能与环保的要求下,世界各地正在公布电源
工作效率的新标准。如专门针对功率冈数校正(PFC)

迅速增加,在LED更新换代的同时也必然要求反光 杯、透镜做更新换代。所以,二次配光设计必须由隧道
灯厂家自己完成。但是,目前能够独立地开展配光设 计的厂家还不是很多。 (3)配光面型的选择 一般较常用的面型有:球面、椭球面、双曲面、抛 物面、自由曲面,其中以自由曲面应用最广泛、适用范 围最广。另外,在配光中也有使用平面的,但平面通常

或降低谐波电流的强制标准IEC 1000—3—2已出现。 目前,功率因数校正主要有两大类:有源功率因 数校正和无源功率因数校正。 有源功率因数校正精度高,性能稳定,PFC值最 高可以做到0.99;无源功率冈数校正的电路简单、成 本低。但是无源PFC的缺点也很明显。由于很多灯具 都有尺寸限制,所以巨大的电感限制了实用性;为了 能在全球通用,需要一个线路电压范围开关。增加这
一开关也会增加因操作失误带来的风险;未稳压的电

只起过渡作用——扩展光源,而不能起到真正的配
光作用。如国内某LED隧道灯的配光就是选择平面 作为配光面型,所以最终的配光分布其实就是LED

压轨提高了PFC段后直流一直流转换器的成本,并降 低效率。隧道照明一般都需要大量的灯具且电力消耗 巨大。所以,必须考虑功率因数校正。
3.2谐波


的配光分布,在这款LED隧道灯中并不存在严格意
义上的二次配光。 2.3照明效果的预判 为了对灯具在隧道照明中的照明效果和安装方 式有一个预判,我们有必要根据施工现场的基本参

谐波作为一种于扰量使电网受到“污染”。我国已 于1993年颁布了限制电力系统谐波的国家标准《电 能质量:公用电网谐波》,规定了公用电网谐波电压限 值和用户向公用电网注入谐波电流的允许值。谐波增 加了电气设备的热损耗,干扰其功能甚至引发故障,而 且谐波可对信息系统产生频率藕合干扰。正因为谐波 的危害性,在隧道照明中同样要考虑对谐波的抑制。 但是,目前国内LED隧道灯市场上对功率因数、谐 波等电气参数的控制还存在良莠不齐的现象。表3给 出了两款LED隧道灯的部分电气参数。从表中数据

数、灯具的光电测试数据(例如,IES格式的文件)先 在专用照明软件中做模拟分析,评估灯具照明效果、
确定安装的最佳参数。表2是两款LED隧道灯在某

隧道照明工程中的模拟结果。

泌竺
表2

LED隧道灯照明模拟结果 香港真明丽 75LED隧道灯
5 5.5 134 O.5 2.73

参数、\
安装距离(m) 安装高度(m) 平均照度fJx) 照度均匀度

国内某款 LED隧道灯
5 5.5 130 0.8 2.98

照明功率密度(W/m:)

::淤竺
表3

LED隧道灯部分电气参数比较 香港真明丽
75

测试参数\
功率因数

国内某款 LED隧道灯
220 107.8 0.85 60 95

LED隧道灯
220 99 O.95 <10 8l

输入电压(V)

输入功率(W)

如果模拟分析的结果不理想,那么就有必要修改 配光设计,或者调整灯具功率。目前,香港真明丽已经 具备了完成从配光设计、光学级模具制作、光电测试

谐波含量【%) 输出功率(W)

分析到工程效果设计与分析全过程的能力。

2009中国道路照明论坛论文集(会刊)

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可以看出,香港真明丽75 LED隧道灯的谐波含量符 合要求。
3.3

目前,大功率LED的散热主要有几种形式:自然散 热、加装风扇强制散热及热管技术。自然散热利用自 然对流和热辐射;加装风扇强制散热主要利用强制 对流实现散热;热管散热主要利用热管作为散热器

电磁干扰与电磁兼容

一个好的电子产品,既要保证能在其它设备的电 磁干扰下仍能正常丁作,又要保证在工作时不对其它 设备产生电磁干扰,这就是我们通常要求的电磁兼 容。电磁兼容的设计水平对产品的质量和技术性能指 标起着非常关键的作用。 电磁干扰一般分为两类:传导干扰和辐射干扰。 传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号 耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通 过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。 目前,国内LED隧道灯在电磁干扰、电磁兼容设 计方面还不成熟,并且不同厂家的产品性能参差不齐。
3.4控制系统 在隧道照明中通常要求基于洞外亮度、洞内交通

件。自然散热的成本最低,结构可靠、易于做防水,但 是对灯体本身的结构设计要求较高;加装风扇强制散
热的散热速度快,但是成本高、噪音高、难做防水、寿

命短;热管散热无运动部件,系统稳定,但是成本高, 也不美观。

淤竺
表4

LED隧道灯具散热测试 香港真明丽 国内某款

测试参数\
环境温度(℃)

75LED隧道灯 LED隧道灯
5l’3 50.4 29.5 70.6 66.2 30

铝基板温度(℃)

灯具外壳温度(℃)

量和行车速度等因素对灯具亮度和洞内亮度进行无 级调控。所以,LED隧道照明灯具的驱动电源应可以
接受调光控制信号,并能够调整输fn电流以调整

所以,应优先选择自然散热方式,在自然散热难

以解决问题的时候才会考虑其它的散热途径。表4中
以香港真明丽75隧道灯采用自然散热的方式为例, 对比了两款灯具的散热测试结果。

LED光通量。另外,由于隧道照明中灯具的使用数量 巨大,所以,必须建立灯具故障检测机制。 香港真明丽的LED隧道灯具已经具备256级调 光控制、LED异常检测、电源输出电压异常检测等能力。 4散热 LED是个光电器件,以目前真明丽NP7F 12TW— CIZl系列大功率LED来说,其工作过程中也只有小 部分的电能转换成光能,其余大部分的电能转换成了

5结束语
目前,LED隧道灯在工程实际中的技术要求,主 要参照以高压钠灯为光源的隧道灯具相关规范,还暂

时没有建立以LED为光源的隧道灯具相关规范。随
着大功率LED技术的成熟,包括LED隧道照明在内 的各类LED灯具的相关规范需尽快编写。 当前,国内LED隧道灯具的研制已经取得了长

热能,使LED的温度升高。另一方面,LED的流明输
出随着LED结温的升高而降低,而LED寿命随着结 温升高而缩短。所以,LED的散热处理得好坏将直接 关系到隧道灯具的使用效果和寿命。

足的进步,但是,在配光设计、电磁干扰和电磁兼容、 灯具效率等方面还有改进的空间,需要广大研发人员
的不懈努力。

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2009中国道路照明论坛论文集(会刊)

LED隧道灯在隧道照明工程中重点技术指标的分析
作者: 作者单位: 程云, 王国建 香港真明丽集团有限公司

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