3大功率LED隧道燈的設計方案
3.1LED光源的選擇
LED單瓦流明輸出是決定LED隧道燈是否具有實用價值的基本指標，根據要求，LED隧道燈所用LED的單瓦流明數應達到80流明以上，在經過近三年LED的發光效率的高速發展后，現階段可大批量供貨的LED光效已達90lm/W以上，且亮度還在不斷地提高。表2提供了代表目前國際最前沿的幾大廠商的已量產大功率1W白光LED的主要技術參數。可采用OSRAM廠商LUWW5AM為設計光源，利用LED光源有多種不同色溫可供選擇的特點，選取跟日光相近色溫4000~6000K的LED光源，能有效減少“亮洞”和“黑洞”效應。
3.2配光設計
根據隧道照明要求，依不同照明段采用不同的配光燈具，根據光學原理和LED光源高指向性的特點，采用合理的配光，在滿足亮度或照度要求的情況下，降低燈具的功率，達到節能的目的。
(1)隧道進口段的引入段、適應段和過渡段以及出口段采用不對稱照明配光(逆光照明)，在相同的照度條件下，與普通照明相比較，能夠提高路面亮度121%，同時，利用了高指向性的優勢，嚴格控制大角度方向的光強，消除大部分眩光。
(2)在隧道的基本段，目前常見的配光分布型式有聚光型配光、側射型配光、朗伯型配光等。不同的應用場合適用不同的配光形式，例如：道路照明宜選用蝙蝠翼型配光、射燈宜選用聚光型配光。由于隧道照明的特殊性，隧道照明中燈具的排布密度非常高，所以在隧道照明中對燈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、朗伯型配光都可以滿足照度均勻度的要求，這主要是由于隧道照明中燈距比較小。圖1給出了兩款LED隧道燈的C0方向配光圖，左邊為道路照明以及隧道照明中比較常用的蝙蝠翼型配光，右邊為朗伯型配光。采用蝙蝠翼配光，即寬光帶對稱照明配光，在相同的照度條件下，與普通照明相比較，能夠提高路面亮度64%，提高路面亮度均勻度。
3.3散熱設計
LED是個光電器件，以目前處于世界前沿的大功率LED來說，其工作過程中也只有15%~20%電能轉換成光能，其余大部分的電能轉換成熱能，使LED的溫度升高。另一方面，LED的流明輸出隨著LED結溫的升高而降低，而LED壽命隨著結溫升高而縮短。所以，LED的散熱處理得好不好將直接關系到隧道燈具的使用效果和壽命。
目前大功率LED的散熱主要有三種方式：①自然散熱、加裝風扇強制散熱及熱管加散熱鰭片技術等。自然散熱利用自然對流和熱輻射，結構可靠，易于做防水，但是對燈體本身的結構設計要求高。②加裝風扇強制散熱主要利用強制對流實現散熱，熱散速度快，但是成本和噪音高，難做防水。③熱管加散熱鰭片技術主要利用熱管將LED所產生的熱量迅速傳導至散熱鰭片而達到散熱的目的，無運動部件，系統穩定，但是成本相對高。
由于隧道與一般道路相比，有其獨特的性質，我們采用熱管加散熱鰭片技術的方式進行散熱處理，熱通道垂直設計，實現模塊化方式散熱，使LED結溫保持在70℃以下，保證LED長時間低光衰下穩定的工作，提高燈具的維護系數，節約維護成本。
根據隧道內氣流的流動特性，對散熱腔進行不對稱通風設計，保障空氣對流散熱，同時減少汽車產生的油煙等污質進入散熱腔，吸附于散熱結構導致散熱效率降低。
3.4結構設計
采用輕質的鋁合金外殼，燈具重量在10kg以下。LED光源腔和電氣腔防護等級按IP65進行設計，散熱腔按IP23進行設計；光源腔和散熱腔采用合理的隔離方式，避免光源腔和散熱腔熱流的相互影響。由于隧道內空氣不流通，汽車尾氣摻雜其中，成分復雜，因此LED隧道燈具應具有良好的耐腐蝕、廢氣、煙霧和隧道內大氣中含有的其他化學物質，各結構組件外表面均進行防腐蝕處理，使其符合GB/T7000.5的防腐要求。
3.5電路設計
LED的正向伏安特性和普通二極管類似，外加正向電壓稍有變化，其正向電流將產生很大變化，致使LED內部損耗及發熱快速上升，嚴重影響LED的正常工作和壽命。為了防止這種情況發生，大功率LED一般必須采用恒流方式供電。為了盡可能提高電流源的效率，減少發熱，電流源的輸入電壓必須得到合理控制，使其最大值在扣除內部壓降后同電流一樣，也與LED需要的總電壓相匹配。內部損耗小了，電流源的可靠性才能得到保障。
隧道照明一般都需要大量的燈具，電力消耗巨大，為了節能和減少對電網的“污染”，LED隧道燈的驅動器還要求其功率因數和產生的諧波必須滿足相關的標準要求，并適當考慮電磁干擾和電磁兼容。
(1)采用高轉換效率、高穩定性的電源，轉換效率大于87%，功率因素大于95%，抗外界電網電壓波動能力強的開關電源(96~264V)，配以恒流電路設計，以恒流方式驅動LED光源，保證LED的使用壽命。
(2)采用適合隧道照明的控制電路，使燈具按隧道不同照明段和不同時間段進行功率的調節，達到良好的照明效果和節能的目的。對隧道進口段的引入段、適應段、過渡段以及出口段采用不同的電流進行驅動，使其盡量接近隧道照明曲線要求，達到最好的照明效果；對隧道進口段和出口段采用定時調節功能，通過PWM調光調節輸出電流或是采用雙電源供電，晚上則以單電源供電，使其功率降低為白天照明的50%，無論在白天和黑夜，都有效減小“亮洞”和“黑洞”現象。
4結語
大功率隧道照明LED光源的生產開發，設計應用，為國家鐵路、公路隧道照明增添廣擴的市場，它不但為我國隧道新光源的應用填補了空白，而且在低碳節能環保的道路上又邁進的一步，值得全面推廣應用。
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