LED（Light Emitting Diode，称发光二极管），属于固态光源。LED的运用已有较悠久的历史，以前紧张运用在各种电子设备的指示灯、大屏幕显示器、旗子暗记灯和液晶屏幕背光源等领域。近些年来，随着GaP、GaN系Ⅲ-V族化合物半导体的结晶发展工艺技能及纳米技能的进步，LED的光效和大功率集成技能都有了很大的提高，LED已经开始在照明领域里初步运用，涌现了LED路灯、LED矿灯、LED应急灯、LED车灯、LED景不雅观灯等多种以大功率LED为光源的照明灯具。
本灯具设计思路和方法1 光源的选择
光源比较：传统照明光源紧张有3大类：白炽灯、荧光灯和罕有气体放电灯。与这些光源比较，LED光源光效比较高，利用寿命长，采取安全电压供电，不含有毒重金属，利用寿命长，采取安全电压供电，不含有毒重金属，显色指数高，而且属于新型光源，发展潜力巨大，是未来传统光源空想的替代品。
散热是LED路灯要重点办理的问题。LED是冷光源，不象白炽灯那样产生灼热的高温，但是，LED本身耐温能力比较差，以是必须将发光监工作时产生的热量有效地散发到空气中去，担保芯片事情在安全的温度环境下，这样LED灯才能真正的表示出龟龄命的上风。
由于发光管生产技能的进步，大功率发光管内部的热阻越来越低，目前1W的发光管的热阻普遍在15℃/W以下，也便是说，给1W的发光管加1W的电功率，管芯比管壳的温度只高15℃。按照目前发光管管芯材料的耐温水平，管芯温度不超过150℃就能长期安全的事情。
这样推算，外壳温度135℃时可以安全利用。但是，由于外壳封装材料的限定，实际利用中的管壳温度最好不超过70℃，这样管芯温度只有85℃，发光管的透明封装材料也不会快速老化。因此，没有必要将半导体灯事情时的温度降得很低，但必须减小发光管外壳和灯体外壳之间的热阻，这样就可以以比较小的体积和比较低的本钱生产稳定事情的半导体灯。
要有效地散热，减小灯的体积和生产本钱，灯体必须有合理的散热构造。如何合理地把发光管产生的热量传导到外壳，有效地增大外壳与空气的打仗面，并利于空气在外壳表面上的流动，便是本灯体热构造设计要办理的问题。
2 灯具构造设计研究
（1）灯具构造
组成构造： LED路灯由铝合金压铸灯体，LED模块，钢化玻璃透光罩，AC/DC恒流驱动器，电器室盖板五部分组成，如图1所示。
图1 LED灯具构造
功能构造：散热灯体，光源室，电器室三部分组成，如图2所示。
图2 LED灯具功能构造
（2）散热材料的选择
为了做好LED路灯，首先要对散热材料进行选择。目前散热器所采取的基本材料为金属，这紧张出于三方面的考虑：①导热性能好，相对其他固体材料，金属具有更好的热传导能力；②易于加工，延展性好，高温相对稳定，可采取各种加工工艺；③易获取，虽然金属也属不可再生资源，但供货量大，不需分外工序，价格也相对低廉；依此确定了散热片所用材料类型，详细种类的确定同样需以此为标准。表1为散热片惯用材料与常见金属材料的热传导系数。
表1 散热片惯用材料及热传导系数
热传导系数越高越好，但同时还须要兼顾到材料的机器性能与价格。热传导系数很高的金、银，由于质地优柔、密度过大及价格过于昂贵而无法广泛采取；铁则由于热传导率过低，无法知足高热密度场合的性能须要，不适宜用于制作高性能散热片。
铜的热传导系数同样很高，可碍于硬度不敷、密度较大、本钱稍高、加工难度大等不利条件，在散热片中利用较少。铝作为地壳中含量最高的金属，因热传导系数较高、密度小、价格低而受到青睐；但由于纯铝硬度较小，在各种运用领域中常日会掺加各种配方材料制成铝合金，为此得到许多纯铝所不具备的特性，而成为了散热片加人为料的空想选择。
各种铝合金材料根据不同的须要，通过调度配方材料的身分与比例，可以得到各种不同的特性，适宜于不同的成形、加工办法，运用于不同的领域。表1中列出的5种不同铝合金中：AA6061与AA6063具有不错的热传导能力与加工性，适宜于挤压成形工艺，在散热片加工中被广为采取。
ADC12适宜于压铸成形，但热传导系数较低，因此散热片加工中常日采取AA1070铝合金代替，可惜加工机器性能方面不及ADC12。AA1050则具有较好的延展性，适宜于冲压工艺，多用于制造细薄的鳍片。
通过以上剖析我们确定了采取AA1070选择一次性压铸成型来实现灯体的制作。
采取一体化铝合金压铸LED路灯设计思路：
根据道路照明灯具的功能须要及灯具的防护安全等级的规定，将全体灯具分成三部分来设计，整体散热外壳、光源室和电器室。
1)散热外壳
散热片的散热效果紧张取决于散热片与发热物体打仗部分的吸热底和散热片的设计。性能精良的散热器，其性能应知足三个哀求：吸热快、热阻小、去热快。
为了达到吸热快的效果，就哀求吸热底与LED模块结合只管即便紧密，让金属材料与LED模块直接打仗，不蝉联何空隙。
散热器的整体热阻便是由与LED模块的打仗面开始逐层累计而来，吸热底内部的热传导阻抗是个中不可忽略的一部分。为将接管的热量有效地传导到只管即便多的鳍片上，还须要吸热底有较好的横向热传导能力。在设计时首先知足吸热底有足够的厚度，同时考虑LED模块的安装孔位进行加筋，也加强了灯具的整体性和机器强度。
图3、图4为灯体的上部和侧面的散热构造。
图3 灯体上部散热片分布图
图4 灯体侧面散热分布图
该设计除具有吸热快，热阻小，散热顺畅，防护等级高，机器强度好的优点外，还能将LED模块结温掌握在60℃以下，这在LED运用照明上具有打破性意义。
2) 光源室配光
LED光源之以是适宜用于局部照明，是由于LED模块在生产时就可以制作成各种发光角度和各种功率的产品，利用特定发光角的光源做局部照明可以使光源发出的光得到更有效的利用，和传统的不便掌握发光角度的光源比较，可以用比较小的功率达到同等哀求的照明效果，因而实现节能的目的。
路灯在路面照射面的照度范围、型态和照度的均衡问题采取在不同的内置导光面安顿不同功率的LED模块，使全体照度范围内地面的光强大至均衡。
本LED路灯配光和构造所采取的详细技能方案是：大功率LED路灯由带散热片的灯体、LED模块、透光罩、盖板、密封胶条组成；散热壳体一壁上的一端设有一个光源室，在其光源室的凹口周边配装有钢化玻璃透光罩，在散热灯体的光源室内设有五个不同角度的模块安装面，在光源室的导光安装面上按不同的配置须要安装安装3～5个不同的LED模块单元并按 图5或图6形式安装。
图5
图6
按图5或图6安装，可以是两侧照明单元所采取的LED模块功率比中间照明的LED模块功率大。用多种功率组合的LED模块组成的LED路灯，利用其光的导向性可以有效的掌握光芒的分布范围，使LED模块发出的光成为一个长条形光带沿路面方向铺展，如图7。
图7（a） 灯头配光构造
图7（b）路灯安装光源照射分布示意图
光的导向是做好LED路灯的主要环节。为了有效的利用光芒，该当发挥发光管照射方向便于调控的上风，使发光管发出的光形成一条光带铺在路面上，而不要在无效方向上散射。要做到这一点，应在构造上采取多种功率的LED模块组合，按 图5或图6形式安装，分别兼顾不同的照射间隔，分别用于照射附近路面，中间隔路面，远间隔路面，使LED输出的光均匀的覆盖两盏灯之间的半间隔路面，这样就可以用比较小的功率有效地照亮道路。
③电器室构造：
在灯具的另一端设有一个电器室、并通过线槽与光源、安装孔相连通，盖板的大小与电器室相适配、密封胶条与光源室、电器室相适配，通过盖板、密封胶条将电器室进行密封，AC/DC恒流掌握装置、连接线、电源连接线，恒流掌握装置的输入端连接电源连接线、输出端通过连接线连接LED模块的输入端，恒流掌握装置涂抹导热膏加螺丝贴装于散热壳体的电器室内的安装面上，连接线敷设于散热壳体的光源室和电器室之间的线槽内，电源连接线设于散热壳体的电源室与安装孔之间的线槽内、穿出安装孔外、连接至电源。
这就须要很好的设计这几组LED模块的安装角，办理光的导向。实践证明， LED路灯96W旁边的功率就能超过150W纳灯对路面的照明效果，以128W旁边就能达到300W的照明效果，节能效果显著。
结论⑴通过以上对散热材料，灯具的防护，散热事理的研究，以全体灯头壳体为散热片，使LED模块所产生的热直接传导到灯具壳体的外部，由自然对流的空气将热量直接带走，无需其他手段的赞助散热。担保了整体温升在25℃以下，对LED模块和恒流驱动器在良好的事情温度中，担保了灯具的性能和寿命。
⑵由于采取了一体化压铸成型的工艺，使灯具的整体性和同等性得到担保，同时提高了灯具的防护等级，确保灯具的防护等级达到GB7000.1-2002和GB7000.5-2005标准。
⑶通过对配光的研究，针对道路照明的哀求设计出独特的配光方案，配置不同的模块对远间隔的路面增加光强，使全体路面的照度基本相等来实现道路照明的均匀度。这是传统路灯所无法做到的。
（本文选编自《电气技能》，原文标题为“LED道路照明光源的散热与配光运用”，作者为李志航、高铁成。）
