隨著科學技術的發(fā)展,,LED技術也在不斷發(fā)展,,為我們的生活帶來各種便利,,為我們提供各種各樣生活信息,,造福著我們人類。隨著LED技術的快速發(fā)展,,在國內的許多城市,,道路照明已經不乏LED路燈的身影。尤其是大功率LED器件的光效超過100lm/W以后,,LED路燈作為道路照明的發(fā)展趨勢已經得到普遍認同,。
2009年,國內幾個城市分別組織了LED道路照明產品的評估測試工作,,大多數LED路燈產品在配光曲線,、系統(tǒng)光效等關鍵技術指標方面進步顯著,在道路照明標準的符合性,、節(jié)能效果等方面已經達到相關標準和規(guī)范的要求。盡管LED路燈技術水平的發(fā)展較快,,但是大多數LED路燈廠商在產品研發(fā)過程中忽略了在寒地應用環(huán)境下的特殊技術要求,。一個普遍的錯誤認識是,LED在寒冷地區(qū)應用有利于散熱,,不容易發(fā)生故障,。殊不知,,寒冷應用環(huán)境下,對LED路燈有著更為嚴格的技術要求,,主要有以下兩個方面:
(1)寒冷地區(qū)氣溫較低,,且溫差大,驟變的冷熱沖擊和長期低溫工作對于器件有著更為嚴格的質量要求,。
(2)在寒冷地區(qū)應用的LED路燈必須要考慮防止冰凌凝結的預防措施,。
鑒于上述原因,LED路燈在寒冷地區(qū)的推廣應用,,需要解決以下幾個方面的關鍵技術問題,。
冷熱沖擊的溫度變化可能引起LED器件的失效
由于LED芯片封裝后,屬于固態(tài)的實心器件,,存在著芯片,、硅膠(或樹脂)、金屬支架以及引線之間膨脹系數的失配現象,,加上寒冷地區(qū)溫差較大的冷熱沖擊的影響,,會使硅膠在溫度變化的過程中膨脹和收縮加劇,器件內部應力過大,,這將導致LED引線鍵合點位移增大,,引線過早疲勞和損壞。同時也會使原本鍵合狀態(tài)較差的焊點出現脫焊的可能,,而造成焊球和芯片電極脫焊的現象,,甚至使LED芯片出現分層脫落的失效現象。
一盞LED路燈應用的LED器件多達上百顆,,通常采用以串聯為主的混聯組態(tài)方式,,如果一顆LED發(fā)生故障,將會引起多顆LED連帶失效,,因此應用在寒冷地區(qū)的LED路燈首先要根據特定使用環(huán)境下的燈具溫度變化特性,,設置合理的超聲功率、鍵合壓力,、鍵合時間及鍵合溫度等封裝工藝參數,,保證每一顆LED器件在低溫運行環(huán)境下的可靠性。
LED驅動裝置低溫運行的可靠性保障
另一項關鍵技術挑戰(zhàn)在于LED路燈驅動裝置在低溫運行環(huán)境下的可靠性問題,。目前大多數LED路燈驅動電源在寒地低溫環(huán)境下表現出不同類型的水土不服現象,,較為突出的表征是低溫無法正常啟動和長期低溫運行環(huán)境下的失效率較高現象。上述問題出現的主要原因在于,,驅動電源在設計階段的器件選型沒有考慮低溫工作狀態(tài)的可靠性,,部分關鍵元器件低溫環(huán)境下的特性發(fā)生變化,造成驅動裝置無法低溫啟動或正常運行,,引發(fā)故障的具體原因主要有以下幾方面:
(1)開關管在低溫條件下載流子的密度和活性都會降低,,過載保護的啟動點也會因此降低,。
(2)電解電容電解液在低溫下凍結,失去電容效應(溶液中的離子此時只存在離子極化),,無帶載能力,。
(3)部分類型的光藕器件在低溫狀態(tài)下無法正常工作。
(4)輸入端防止浪涌電流的熱敏電阻,,在低溫下阻值變大(是常溫的3~5倍),,也會造成低溫無法正常啟動。
上述問題的解決途徑主要是從選擇溫度特性更好的器件入手,。例如,,不是所有的電解電容都無法在低溫下工作,一般來講,,200V以上的電解電容耐低溫特性較差,,而160V以下的電解電容基本都能夠在-40℃環(huán)境正常工作,只要選用兩個低壓電解串連使用就可以解決問題,。器件選型的調整可能會略微提高驅動裝置的成本,,但是從LED路燈的整體成本來看可以忽略不計,考慮到提高可靠性和降低維護成本的因素,,這種設計調整是非常必要和劃算的,。
LED路燈冰凌凝結危害的防護措施
路燈在寒冷地區(qū)推廣應用非常容易被忽視的一個問題就是由于冰雪在燈具表面堆積,受熱融化后形成的冰凌,,冰凌一旦形成,,則會對車輛和行人產生非常大的安全隱患。尤其是LED路燈,,由于燈具殼體普遍采用鋁材,,表面的氧化鋁屬于親水性材料,更容易產生冰凌凝結,。2008年,,我國南方大范圍雪災,造成鋁制表面高壓導線大量冰凌凝結,,壓塌損毀大量電力設施,。這一災害惡果不僅是氣候造成的,氧化鋁表面的高壓線纜屬于親水性材料也是一個重要誘因,。由于影響到道路交通的安全,,因此防止冰凌凝結是LED路燈在寒冷地區(qū)應用必須考慮到的安全措施。
為了解決這一關鍵技術,,我們通過對覆冰體表面進行顯微成像分析,,分析了水在物體表面結冰,以及冰在物體表面可以牢固附著的原因,。實驗結果發(fā)現,,僅僅采用疏水性能優(yōu)異的材料,防止冰凌凝結的效果并不理想,,甚至水在某些材料表面可以凍得非常的結實,。測試結果表明:冰可以附著在任何物體表面上;物體表面上的裂縫和凹陷,是冰可以牢固地粘附在物體表面上的另一個主要原因;單純疏水性能好的材料,,可以延緩結冰的過程,,卻無法阻止冰的形成。
為了更為準確地對比不同材料間防止冰凌凝結的能力,,我們從不同角度深入研究了不同物件的表面結構,、表面物性與覆冰的內在關系,包括:結構外形與覆冰,、結構材質與覆冰,、表面光潔度與覆冰、表面剛柔性與覆冰,。研究結果表明:外形結構簡單,、組織結構緊密、表面防水,、疏水性能優(yōu)異的構件,,就不容易發(fā)生冰凌凝結。
以此試驗數據為基礎,,我們連續(xù)2年在冬季設立了不同外觀和外殼材料的LED路燈,,通過實驗發(fā)現:凡是燈具外觀圓滑、光潔,、平整的;沒有冰雪或水積存承載結構的;表面材料具備優(yōu)異疏水性能的LED路燈就不會產生冰凌凝結,。
我國寒冷地區(qū)大多處于高緯度地域,氣候寒冷,、溫差較大,,因此對LED道路照明產品的應用帶來了新的挑戰(zhàn)。另一方面,,大多數寒冷地區(qū)年平均每天的照明時間長于國內平均水平,,故照明耗電也高于國內平均水平,因此晝短夜長的地域特點帶來了更多的LED照明應用需求,??傊扔刑魬?zhàn)又有機遇,。以上就是LED技術的相關知識,,相信隨著科學技術的發(fā)展,未來的LED燈回越來越高效,使用壽命也會由很大的提升,,為我們帶來更大便利,。