3大功率LED隧道灯的设计方案

　　3.1LED光源的选择

　　LED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，根据要求，LED隧道灯所用LED的单瓦流明数应达到80流明以上，在经过近三年LED的发光效率的高速发展后，现阶段可大批量供货的LED光效已达90lm/W以上，且亮度还在不断地提高。表2提供了代表目前国际最前沿的几大厂商的已量产大功率1W白光LED的主要技术参数。可采用OSRAM厂商LUWW5AM为设计光源，利用LED光源有多种不同色温可供选择的特点，选取跟日光相近色温4000~6000K的LED光源，能有效减少“亮洞”和“黑洞”效应。

　　3.2配光设计

　　根据隧道照明要求，依不同照明段采用不同的配光灯具，根据光学原理和LED光源高指向性的特点，采用合理的配光，在满足亮度或照度要求的情况下，降低灯具的功率，达到节能的目的。

　　(1)隧道进口段的引入段、适应段和过渡段以及出口段采用不对称照明配光(逆光照明)，在相同的照度条件下，与普通照明相比较，能够提高路面亮度121%，同时，利用了高指向性的优势，严格控制大角度方向的光强，消除大部分眩光。

　　(2)在隧道的基本段，目前常见的配光分布型式有聚光型配光、侧射型配光、朗伯型配光等。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。图1给出了两款LED隧道灯的C0方向配光图，左边为道路照明以及隧道照明中比较常用的蝙蝠翼型配光，右边为朗伯型配光。采用蝙蝠翼配光，即宽光带对称照明配光，在相同的照度条件下，与普通照明相比较，能够提高路面亮度64%，提高路面亮度均匀度。

　　3.3散热设计

　　LED是个光电器件，以目前处于世界前沿的大功率LED来说，其工作过程中也只有15%~20%电能转换成光能，其余大部分的电能转换成热能，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的散热处理得好不好将直接关系到隧道灯具的使用效果和寿命。

    目前大功率LED的散热主要有三种方式：①自然散热、加装风扇强制散热及热管加散热鳍片技术等。自然散热利用自然对流和热辐射，结构可靠，易于做防水，但是对灯体本身的结构设计要求高。②加装风扇强制散热主要利用强制对流实现散热，热散速度快，但是成本和噪音高，难做防水。③热管加散热鳍片技术主要利用热管将LED所产生的热量迅速传导至散热鳍片而达到散热的目的，无运动部件，系统稳定，但是成本相对高。

　　由于隧道与一般道路相比，有其独特的性质，我们采用热管加散热鳍片技术的方式进行散热处理，热通道垂直设计，实现模块化方式散热，使LED结温保持在70℃以下，保证LED长时间低光衰下稳定的工作，提高灯具的维护系数，节约维护成本。

　　根据隧道内气流的流动特性，对散热腔进行不对称通风设计，保障空气对流散热，同时减少汽车产生的油烟等污质进入散热腔，吸附于散热结构导致散热效率降低。

　　3.4结构设计

　　采用轻质的铝合金外壳，灯具重量在10kg以下。LED光源腔和电气腔防护等级按IP65进行设计，散热腔按IP23进行设计；光源腔和散热腔采用合理的隔离方式，避免光源腔和散热腔热流的相互影响。由于隧道内空气不流通，汽车尾气掺杂其中，成分复杂，因此LED隧道灯具应具有良好的耐腐蚀、废气、烟雾和隧道内大气中含有的其他化学物质，各结构组件外表面均进行防腐蚀处理，使其符合GB/T7000.5的防腐要求。

　　3.5电路设计

　　LED的正向伏安特性和普通二极管类似，外加正向电压稍有变化，其正向电流将产生很大变化，致使LED内部损耗及发热快速上升，严重影响LED的正常工作和寿命。为了防止这种情况发生，大功率LED一般必须采用恒流方式供电。为了尽可能提高电流源的效率，减少发热，电流源的输入电压必须得到合理控制，使其最大值在扣除内部压降后同电流一样，也与LED需要的总电压相匹配。内部损耗小了，电流源的可靠性才能得到保障。

　　隧道照明一般都需要大量的灯具，电力消耗巨大，为了节能和减少对电网的“污染”，LED隧道灯的驱动器还要求其功率因数和产生的谐波必须满足相关的标准要求，并适当考虑电磁干扰和电磁兼容。

　　(1)采用高转换效率、高稳定性的电源，转换效率大于87%，功率因素大于95%，抗外界电网电压波动能力强的开关电源(96~264V)，配以恒流电路设计，以恒流方式驱动LED光源，保证LED的使用寿命。

　　(2)采用适合隧道照明的控制电路，使灯具按隧道不同照明段和不同时间段进行功率的调节，达到良好的照明效果和节能的目的。对隧道进口段的引入段、适应段、过渡段以及出口段采用不同的电流进行驱动，使其尽量接近隧道照明曲线要求，达到最好的照明效果；对隧道进口段和出口段采用定时调节功能，通过PWM调光调节输出电流或是采用双电源供电，晚上则以单电源供电，使其功率降低为白天照明的50%，无论在白天和黑夜，都有效减小“亮洞”和“黑洞”现象。

　　4结语

　　大功率隧道照明LED光源的生产开发，设计应用，为国家铁路、公路隧道照明增添广扩的市场，它不但为我国隧道新光源的应用填补了空白，而且在低碳节能环保的道路上又迈进的一步，值得全面推广应用。