1. Giới thiệu
Trong những năm gần đây, hiệu suất chiếu sáng của đèn LED phần lớn đã tăng từ 35lm / W (2006) lên 100lm / W (Q1'2009). Đánh giá về hiệu quả sử dụng đèn LED ngày càng tăng, các sản phẩm đèn LED được kỳ vọng sẽ thay thế đèn chiếu sáng truyền thống, đặc biệt là các sản phẩm tiêu thụ điện năng cao. Do thị trường chiếu sáng mở rộng, có nhiều công ty mới tham gia thị trường trong những năm gần đây. Tuy nhiên, chất lượng của các sản phẩm đèn LED trở thành mối quan tâm lớn, đặc biệt là đối với các công ty mới chưa có chuyên môn trong lĩnh vực chiếu sáng trước đây. Mặt khác, đặc tính của đèn LED rõ ràng là khác với đèn truyền thống. Ví dụ, việc tăng hiệu suất đèn halogen phụ thuộc vào việc tăng nhiệt, nhưng quá nóng là một vấn đề đối với đèn LED. Hướng của đèn LED rất khác so với đèn truyền thống. Sự khác biệt giữa đèn LED và đèn truyền thống được trình bày trong Bảng I. Do những khác biệt hiện có, nhiệt, quang học, công suất, cơ chế và điều khiển của đèn LED trở nên quan trọng trong thiết kế của chúng như các sản phẩm chiếu sáng.
Trong hai năm gần đây, chủ đề đèn đường LED đã được thảo luận rộng rãi do quy mô thị trường và hiệu suất tiết kiệm điện của nó, đặc biệt là để thay thế đèn thủy ngân 250W hoặc 400W. Để xây dựng đèn đường LED, vấn đề quan trọng là phải đạt được và đáp ứng một thông số kỹ thuật cụ thể. Ví dụ, nó cần phải đảm bảo tuổi thọ 5 năm (mặc dù tuổi thọ của đèn LED là khoảng 50.000 giờ); đáp ứng yêu cầu về kiểu ánh sáng cụ thể để tuân thủ các quy định về đường bộ, đạt khả năng chống bụi và nước ở IP65, cung cấp đủ độ bền cơ chế, v.v. Dựa trên các yêu cầu này, thiết kế đèn đường LED cần phải xem xét đến nhiệt, quang học, công suất, và cơ chế. Tuổi thọ của đèn LED phụ thuộc vào nhiệt độ điểm giao nhau của đèn LED, (xem Hình 1). Cree đã công bố dữ liệu để chỉ ra mối quan hệ của tuổi thọ so với độ duy trì ánh sáng đối với các nhiệt độ tiếp giáp khác nhau. Do đó, để đảm bảo tuổi thọ 50.000 giờ, nhiệt độ điểm giao nhau của đèn LED phải được kiểm soát dưới 75C. Đối với độ đồng đều chiếu sáng của lòng đường, mẫu đèn cánh dơi là không thể tránh khỏi. Cũng cần phải có mẫu đèn cắt để hạn chế chói. Chủ đề quan trọng khác là thiết kế trình điều khiển (nguồn) và thiết kế mô-đun đèn LED. Do có sự khác biệt nhỏ về điện áp truyền động của mỗi đèn LED, nên không thể đảm bảo điện áp truyền động đồng đều của các đèn LED được tích hợp trong đèn đường. Do đó, một thiết kế mạch không hoàn hảo sẽ tạo ra một dòng điện không đồng nhất để điều khiển đèn LED, điều này sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của nó. AOP hiểu rằng các vấn đề liên quan đến thiết kế sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của đèn đường LED, do đó, AOP đã kết hợp cơ chế nhiệt, quang học, công suất, trong thiết kế đèn LED của mình để đảm bảo chất lượng của đèn đường.
Bảng 1: So sánh đèn LED và đèn truyền thống
Hình 1: Phân rã ánh sáng LED so với thời gian sử dụng (Nguồn: Cree)
2. phân tích và thiết kế đèn đường LED
Một sản phẩm chiếu sáng LED tuyệt vời phải xem xét đến nhiệt, quang học, công suất và cơ chế (thiết kế ngành).
2.1 Thiết kế nhiệt đèn đường LED
Kiểm soát nhiệt độ tiếp giáp LED kém ảnh hưởng đến tuổi thọ của đèn LED. Để đảm bảo tuổi thọ 50.000 giờ, AOP đã thiết kế đèn đường có nhiệt độ điểm giao nhau LED được kiểm soát dưới 75 ° C và biến thiên nhiệt độ tản nhiệt được giới hạn dưới 2 ° C để đảm bảo tất cả các đèn LED được sử dụng trên đèn đường có cùng tuổi thọ. AOP đã tìm ra giải pháp tối ưu sử dụng phương pháp DOE để phân tích ảnh hưởng của cao độ vây, độ dày, chiều cao tản nhiệt, (xem Hình 2). Kích thước tản nhiệt hợp lý để đạt được mục tiêu thiết kế được tìm thấy: điểm nối LED dưới 75 ° C và nhiệt độ tản nhiệt thay đổi dưới 2 ° C.
Hình 2. LED Thiết kế tản nhiệt tối ưu
2.2 Thiết kế mô hình quang học đèn đường LED
Như đã đề cập ở trên, để áp dụng đèn đường trên đường, nó cần phải đáp ứng các thông số kỹ thuật chiếu sáng trên đường, tức là kiểu quang học phải đáp ứng độ đồng đều (GG gt; 0,33) của lòng đường, cũng như đánh giá độ chói. Ngoài việc đáp ứng các đặc điểm kỹ thuật của quy định về đường, điều quan trọng cũng là đảm bảo rằng các dự án phát sáng trên một khu vực rộng lớn. Vì nếu đèn đường chỉ chiếu trong khoảng cách gấp 3 lần chiều cao được gắn của nó, điều đó có nghĩa là ở độ cao 6m, công suất ánh sáng chỉ được phân phối trên 18m lòng đường. Do đó, vì có một đoạn đường có độ dài cụ thể cần phải lắp đặt đèn đường, thì bạn cần lắp thêm đèn đường để đáp ứng thông số kỹ thuật của lòng đường và tránh xuất hiện họa tiết ngựa vằn. Do đó, để tránh làm tăng số lượng ánh sáng đường phố, AOP đã thiết kế mẫu đèn quang học cánh dơi (đang chờ cấp bằng sáng chế, mẫu đã được ITRI đo lường, xem Hình 3), có thể đạt tới 4 lần chiều cao lắp đặt (tối đa cd nằm trên 60 độ) và độ đồng đều chiếu sáng lớn hơn yêu cầu 0,33, xem Hình 4 và 5. Đây là một nghiên cứu điển hình cho đèn đường AOP được lắp đặt trên chiều cao cột điện 8m và chiếu trên chiều dài đường 32m. Sự phân bố độ rọi được thể hiện trong Hình 4. Dạng quang học ánh sáng này có thể giảm phần lớn số lượng lắp đặt đèn đường như trên một chiều dài đường cụ thể. Nhân tiện, mẫu quang học cũng được đáp ứng yêu cầu cắt bỏ. AOP cũng cung cấp tệp .IES cho nhà thiết kế để thiết kế các dự án đường khác nhau.
Hình 3. Mẫu đèn LED Hình 4 Độ rọi trên đường
(Đang chờ cấp bằng sáng chế)
Bảng 2. Tính đồng nhất
2.3 Cơ chế và thiết kế ngành (Đang chờ cấp bằng sáng chế)
Trong đèn đường của AOP, chúng tôi cũng xem xét sự thuận tiện trong việc di chuyển và lắp đặt, xem Hình 5 và 6. Trong không gian nguồn điện đã lắp đặt ổ cắm nên người vận hành có thể dễ dàng lắp cáp thành phố vào ổ cắm và quy trình hoàn toàn giống nhau 100%. như cách lắp đặt đèn truyền thống. Nhân tiện, thiết kế hình cánh cung ở phía trước bộ đèn có thể giúp người điều khiển dễ dàng di chuyển. Bộ đèn này có khả năng chống bụi và nước và xếp hạng đạt IP 65.
Hình 5 Thiết kế hình cung LED Hình 6. Nắp đậy và ổ cắm nguồn
2.4 Mô-đun ánh sáng LED và thiết kế nguồn trình điều khiển
Như chúng ta đã biết, mỗi đèn LED tồn tại một điện áp ổ đĩa khác nhau, vì vậy làm thế nào để tránh dòng điện không đồng đều xuất hiện trên mỗi đèn LED, nó trở thành một thiết kế then chốt rất quan trọng. Mặc dù, mọi nhà cung cấp đèn đường đều cho biết bộ nguồn của họ được sử dụng đầu ra dòng điện không đổi, thực tế sau khi đo dòng điện LED và nhận thấy có sự biến thiên rất lớn, xem Bảng 2. Đó là do môđun đèn LED được thiết kế theo chuỗi và kết hợp song song , xem Hình 7. Vì vậy, nếu điện áp của mỗi ổ LED không giống nhau thì LED sẽ nhận được dòng điện khác nhau mặc dù bạn đã sử dụng thiết kế dòng điện không đổi. Do đó, nếu một trong các đèn LED bị lỗi, thì nó sẽ nhanh chóng được mở rộng sang các đèn khác do đèn LED kia sẽ chạy nhiều dòng hơn. Đèn đường của AOP khác với thiết kế của các nhà cung cấp khác, chúng tôi sử dụng thiết kế mạch đa kênh (đang chờ cấp bằng sáng chế) trên cả môđun nguồn và đèn LED, xem Hình 8, mỗi kênh đầu ra dòng điện không đổi cho các đèn LED loạt đơn để đảm bảo mỗi LED thông qua dòng điện không đổi. Kết quả đo được, xem Bảng 3. nó cho thấy dòng điện đi qua mỗi kênh rất đồng đều. Dòng điện không đổi của việc sử dụng thiết kế đa kênh sẽ không bị ảnh hưởng mặc dù điện áp LED khác nhau.
Hình 7 Chuỗi mô-đun LED và mạch song song
Bảng 4: Hiện tại của thiết kế đa kênh
4. Kết luận:
Thiết kế đèn đường của AOP được kết hợp giữa nhiệt, quang học, cơ chế và công suất, do đó, tất cả các tác động có thể có đối với tuổi thọ của đèn LED đều được xem xét. Đó là lý do tại sao AOP rất tự tin về sản phẩm đèn đường của mình. Ngoài ra, dựa trên dữ liệu đo lường ITRI, hiệu quả của đèn chiếu sáng đường phố AOP' đã đạt tới 72,8 lm / w, hiệu suất của nó khó có thể cạnh tranh vào thời điểm này.
Tsung-Chieh, Chen, Ph D
Bộ phận phát triển tích hợp hệ thống
Liên minh Optotek Corp.
