1、灯杆和灯具的压力；第四，流线型面能将风力分化成多个方向的力，减少灯杆和灯具的压力。对第三和第五个问题笔者建议将灯具“化整为零”，放弃整体式设计，改为模块化设计。对第五个问题建议灯具设计工程师站在操作工人的角度考虑，在设计中尽量关注细节性的问题。另外，在设计方面，传统照明在造型设计方面积累了多年的经验，LED照明工程师要吸取传统照明的精髓。与传统照明相比，LED光源具有个头小，阵列方式灵活的特点可以实现多样的，精美的产品设计。另外，LED照明工程师应该结合地域文化特色开发具有文化底蕴的又有艺术产品韵味的设计产品。我国地域辽阔，地方都有自己独特的地域文化和风情，只有根据地方特色设计的灯具才能更受人
2、们的欢迎，也能让来客更了解当地的特色。与此同时，作为照明灯具设计师，除精通照明常识外，也应不断的提高自身的综合素质，深入生活，懂得发现，感受生活的美，把情感融入作品设计中，这样才能实现有生命力，有想象力的灯具设计。随着竞争日益加剧，中国市场日趋国际化，很多中小企业缺乏市场网络和品牌的支撑，应走专业化的发展之路，注重产品品质。企业的发展重心放在如何开发高品质，长寿命，低价格的产品上，才能创造消费者，企业和政府的多赢局面。本章论述了LED路灯散热设计；LED路灯散热结构分析由于LED光通量与温度的相关性密切，散热设计直接关系到LED路灯的光通量稳定性，LED路灯设计必须要考虑设计合理可靠的散热结构
3、，现在大多数LED路灯的散热设计都是采用，灯珠加铝基板加散热壳体。一、LED芯片封装的散热设计： 很多时候厂家号称只要在热稳态时，你的LED光源铝基板背部温度小于60摄氏度时，那么LED光源的寿命可达到理论5万小时（实际的理论值是10万小时）。但是很多时候我们在工程上应用会发现LED光源的衰减很快。这是为什么？主要原因是因为实际封装LED光源内部的节点温度超过了140摄氏度。而实际内部LED晶片最高工作温度为145度。也就是说如果你外部温度在60度了，实际内部晶片节点温度却超过了145度后LED光源产生衰减是非常快的。因此在设计LED线路必须考虑更好的解决散热问题。目前设计中主要是采用铝基板P
4、CB做散热设计，铝基板，在散热结构中起着承上启下的作用，灯珠产生热量要迅速通过铝基板传到散热器上，再通过对流散到环境中去。铝基板PCB由电路层（铜箔层）、导热绝缘层和金属基层等组成。 1、电路层要求具有很大的载流能力，因此要使用较厚的铜箔作电路，厚度约35m280m； 2、导热绝缘层是PCB铝基板核心技术所在，它是由特种陶瓷填充的特殊聚合物构成，具有热阻小、粘弹性能优良、抗老化、可承受机械及热应力等特点。目前的IMS-H01、IMS-H02、LED-0601等高性能PCB铝基板的导热绝缘层就是此项技术的应用。因此该系列的PCB铝基板具有优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能。其工艺要求：镀金、喷
5、锡、OPS抗氧化、沉金、无铅ROHS制程等。 3、金属基层：铝基板特点：绝缘层薄、热阻小、无磁性、热容大、散热好；铝基板作为LED及器件热传导，其散热主要还是依靠面积，集中导热可以选择高导热系数的板材即可。二、界面散热：LED的热量导出来到散热结构上。 通常有用导热膏，焊锡，铝基板，导热绝缘垫等等材料，或热管等，将LED热量导到散热鳍片上，这部分就是产品的热阻设计，当然尽量减少产品热阻。三、外壳散热器设计： LED散热设计采用流体力学软件仿真以及做基础设计。通常LED散热器的设计分为以下几步：A、根据实际需求以及相关约束条件设计轮廓图；B、根据相关散热设计准则对散热器翅片的片厚、片形、间距以及
6、基板厚度等进行优化；C、使用热分析软件对其进行设计验证以及校核计算。一般自然散热需要考虑到自然冷却时温度边界层较厚，如果片间距太小，两个片的热边界容易交叉从而影响到表面对流。因此一般情况下，建议自然冷却的散热器片间距大于12MM，如果散热器翅片高低于10mm，可按照片间距=1.2片高来确认散热器的片间距。因为自然冷却方式的散热器表面的换热能力较弱，在散热片表面增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响，因此建议翅片表面无需增加太多波纹，可采用磷化处理来对表面做防腐处理还可以增大散热表面的辐射系数以增强辐射换热。还有一点必须注意，由于自然对流达热平衡时间相对来说比较长，因此自然对流散热器的基板以及
7、翅片应足够后以抗击瞬态热负荷的冲击。散热的途径分为传导、对流和辐射三种方式，其中传导效果最佳，对流次之，辐射较差，这是我们所熟知的。在我们设计LED灯具散热结构的时候，首先要考虑的是LED灯具的使用环境，然后在这三种散热方式中寻找出适应于使用环境的最佳散热方式，也就是要根据环境因素考虑三种散热方式中哪一种或者哪几种散热方式是主要的，以确定灯具的散热结构。只有这样，我们才能设计出一款好的LED灯具，这是设计LED灯具散热结构所需的前提条件。但这也是很多人所遗忘和忽视的。他们一味的增加散热面积，不断的设计出很有特色的散热结构外型，以吸引人们的眼球。这个问题在我们LED产业界是普遍存在的问题，是我们
8、产业发展的误区，是缺少真正的LED产业专家的标志。目前LED灯具结构千变万化、形态各异，我不能一一举例来剖析，下面以LED路灯作为一个案例来分析其散热结构的优缺点。LED路灯使用的环境：1、无遮拦的户外环境;2、8-12米高的灯杆上;3、在繁华的马路上。首先在“无遮拦的户外环境”这个条件，说明LED路灯灯具使用场所没有防雨、防尘、防破坏等外部工程，因此要求LED路灯本身必须具备这些功能。第二，“8-12米高的灯杆上”，说明LED路灯在外型、重量，甚至体积的设计时应有所考虑，外型新颖、重量轻、体积小的LED路灯将有很大的竞争力。第三，“在繁华的马路上”，说明LED路灯的使用环境污染状况较为恶劣，
9、在设计时要充分的考虑其积尘(LED路灯属于一种电子产品，由于静电的作用，会在表面吸附微小的灰尘颗粒，形成电子灰尘覆盖，降低散热效果)效应和抗腐蚀能力。在LED路灯设计时，一定要充分的思考这三个问题，尽可能的在完善LED路灯功能的同时，避免由于环境条件所导致的设计缺陷使导致产品失效。这就是LED路灯散热结构设计的关键所在。我们着重分析一下道路的客观环境，以利于我们分析LED路灯的散热设计。在分析之前，我们需要强调的是在室外环境中，灯具的散热主要依靠热对流和热辐射两种方式;在没有主动散热措施时，主要依据是对流，即热空气上升，冷空气下降的热力学原理;热辐射主要依据高温物体以红外线的方式向外辐射能量。
10、我们来有针对性的分析LED路灯的散热结构设计(见图2.1)。图2.1图2.1这种结构，在室内环境及干净的环境中这种设计是能够达到理想的散热效果的，表面的翼状凸起增大了散热面积，从散热原理上来讲，增大了热辐射和热对流的面积，强化了灯具的散热效能，使灯具能够达到散热效果(见图2.2)。图2.2灯具表面热辐射和热对流示意图，细线为热辐射，粗线为热对流但是在道路这种条件恶劣的环境中这种设计是完全不能适应的(见图2.3)，这是汽车经过时空气流动示意图。图2.3 空气流动示意图(箭头方向为空气流动方向)通过这图2.3，我们就能够形象的看出，被汽车扬起的灰尘由于重力的作用就会沉积在散热片的表面，由于灰尘在灯
11、具表面起到阻热作用，从而影响灯具的热辐射和热对流的效果。所以这种结构在应用中长时间积累的灰尘，将会大大的降低LED路灯的散热效果。这个现象就是某些厂家生产的路灯在安装一定时间后失效的最主要的原因。这种结构给我们工程师带来很大的困扰，为什么在工厂经过长时间老化不会出现问题，但是一旦安装到道路上不长时间就会出现问题了呢?问题就在这里，没有充分的考虑LED路灯的使用环境。再来看看下面的这种结构(图2.4)。图2.4这种结构采用横纹散热结构，虽然能够降低部分灰尘的积累问题，但是也不会经得起时间的检验，因为灰尘由于重力作用在灯具散热表面的沉积和道路上污染物对灯体的腐蚀足以在一定的时间内影响灯体热量的散失
12、，从而影响散热效果。这里就不再详尽的分析，有兴趣可以按照上面的图例作图分析一下。再来分析一下图2.5这个LED路灯设计。图2.5这种设计是不懂LED的发光原理，照搬传统路灯设计思路，即达不到合理配光要求，更使灯具产生眩光。作为LED路灯，LED本身具有积温效应(在很小的面积或体积内，短时间积聚大量的热量而不能有效的散发出来，即积温效应)，而这种LED阵列式排列封装，使积温效应更加突出，从而加大散热难度，增加LED路灯的失效率。从交通安全意义上来讲，由于眩光问题的存在，在一定程度上造成交通事故率的升高。综上所述，LED路灯的散热设计最重要的不是要考虑路灯的散热面积的问题，而是要着重考虑散热结构适
13、应环境的要求。如采用分体式设计(见图2.6)。图2.6A为遮盖在灯体上部的遮盖罩，B为LED路灯及散热结构体，C为散热结构横纹(注意一定是横纹，不能设计成纵纹)。A是用来防止灰尘的沉积，设计关键点在于A的底部宽度一定要小于B的宽度，而且在B上要有相应的结构设计，配合A和B之间的差额，以利于灰尘清理和减少A对热对流的影响。在A的内表面做黑色氧化处理，以利于更好的吸热。控制A和B之间的距离，以减少A热对流的影响。这种设计思想是沿用原有的设计思路，尽可能的减少灰尘在散热结构上的沉积，从而优化散热效果;A采用黑色内表面涂层，加强A对热辐射的吸收，从而提高B散热效果。这是笔者最新设计的一款路灯，有效的解
14、决了散热器防护，散热，降低风阻等问题.LED路灯透镜光学设计二次光学是直接决定LED路灯的输出效率、配光分布、均匀度及眩光程度的重要环节。绿色环保的城市道路照明要求LED路灯产生正好覆盖马路的长方形的光斑，对马路之外的其他地方譬如居民楼和建筑物的光污染尽量的少。XY非轴对称的自由曲面二次光学的配光设计，是实现此目标的最好的方法。使得在单个透镜模组上就可以完成高效率长方形的输出光斑、蝙蝠翼形的远场角度分布、以及实现截光设计。整个灯头的结构变得非常的简洁，只要将这些完成配光设计的LED透镜模组，按照同一个方向排列在一块平面的PCB板上即可，简化了LED路灯的机械结构、散热管理、以及电源控制的排布。
15、本文介绍了一种全反射型的二次光学透镜的设计，该透镜可以实现很高的输出光效率、蝙蝠翼形的配光曲线分布、以及较均匀的长方形光斑。1. 技术背景LED固态半导体照明技术被认为是21世纪的战略节能技术。中国、欧洲和北美的许多国家和城市都已经进行了LED道路照明技术的开发和大力推广，相比于金属卤素灯（MH）和高压钠灯（HPS），LED路灯拥有更长的寿命（大于5倍）；除此之外，LED路灯还具有更好的可控性和光效，可以节能50%之多。LED路灯的另一个绿色能源的特征是光源本身不含有害物质汞。光学方面，LED芯片的小光源特性可以比较容易实现精确的配光和二次光学的优化设计，准确控制光线的方向，把光充分的分配到所
16、需要照明的马路上，防止光污染和眩光。二次光学设计是决定LED路灯的配光曲线、输出光效、均匀度、以及眩光指数的一项重要技术。现有市场上大部分的高功率白光LED的光度分布是郎伯分布，光斑是圆形的，峰值光强一半位置处的光束角的全宽度约为120。LED路灯如果没有经过二次光学的配光设计，那么照在马路上的光斑会是一个“圆饼”，如图 1（a）所示，大约1半左右的光斑会散落到马路之外而浪费掉，并且光斑的中间会比较亮，到周围会逐渐变暗。这种灯装在马路上之后，路灯之间会形成很明显的明暗相间的光斑分布，对司机造成视觉疲劳，引发事故。这种情况下的LED路灯就不能叫做“节能”和“绿色照明”了。国家城市道路照明设计标准
17、要求LED路灯的光斑如图 1（b）所示，光斑为长方形，正好可以覆盖马路，并且有很好的均匀性。LED的二次光学技术，不同于其他的学科，是一门涵盖非成像光学和3维曲面建模的交叉学科，二次光学的设计可以有效解决LED路灯的出光效率、均匀性、配光角度、眩光和安全性等问题，提供符合于国家标准所要求的配光，真正实现环保和绿色的照明。另外LED路灯有较好的显色指数（CRI），根据需要可以调节不同的色温使其可以满足白天、晚上、晴天和雨天等不同的环境。 图 1(a)没有经过二次光学设计的LED路灯的光斑，(b)经过二次光学配光设计的LED路灯的光斑 Fig. 1 (a) Light pattern without optical design, (b) Light pattern with fine optical design 全反射式二次光学透镜可以收集从LED芯片发出的全部180的光，并重新分配到指定的区域，是个很好的解决方案。自由曲面的配光可以使LED路灯光强的远场角度分布呈蝙蝠翼分布，使光斑成长方形，并且光斑的中间和边缘比较均匀，利用边缘光线原理，透镜还可以实现截光设计，消除眩光。以下为一种全反射式二次光学透镜的设计方法。2. 全反射式二次光学透镜的设计 图 2 全反射式二次光学透镜的
