研究内容方法技术路线.docx
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研究内容方法技术路线
项目研究开发内容、方法、技术路线
一、半导体照明路灯主要研究内容
1、灯具系统的结构、热性能设计
LED的工作工况和散热不仅直接关系到LED实际工作时的发光效率,
而且还关系到LED的使用寿命。
又因为在户外使用的道路灯具,应具有一
定等级的防尘防水功能(IP),良好的IP防护往往会妨碍LED的散热。
解
决这个相互矛盾但又都得解决的两个问题是道路灯具设计时应关注的一个
重要方面。
在这一方面也是国内把LED应用于道路灯具中时出现不合格及
不合理的情况最多的。
国内目前使用中出现的不合格及不合理的情况基本
有:
对LED采用了散热器,但LED连线的接线端子及散热器的设计无法达
到IP45及以上等级,无法满足GB7000.5/IEC6598-2-3标准的要求。
采用普通的道路灯具外壳,在灯具出光面内用矩阵式LED,这种设计虽说
能满足IP试验,但是由于灯具内的不通风会造成在工作时,灯具内腔的温
度会升高到50℃~80℃,在如此高的工况下,LED的发光效率是不可能高
的,同时LED的使用寿命也将大打折扣。
在灯具内采用了仪表风扇对LED及散热器进行散热,其进风口设计在
灯具的下方,以避免雨水的进入,出风口设计在下射LED光源的四周。
这
样也能有效避免雨水的进入,另外散热器和LED(光源腔)不处于同一空腔
内,这种设计如做的好,按灯具的IP试验要求,能顺利通过。
这一方案,
不仅解决了LED的散热问题,而且同时满足了IP等级的要求。
但是这种看
似良好的设计,实际上存在明显的不合理情况。
因为在我国绝大多数道路灯
具的使用场合,空中的飞尘量是较大的,有时会达到很大(例如起沙尘暴),
这类灯具在一般条件下使用一段时间后(约三个月至半年),其内部散热器
的缝隙内就会塞满灰尘,使散热器效果大打折扣,最后还会使LED因工作
温度过高而使用寿命明显缩短。
这一方案的不足是在于不能持久良好地使
用。
在灯具内关键的散热位置,采用导热板。
导热板是在金属板的内部,均
布有供冷媒流动的细导管,并在细导管内充有冷媒,当导热板的某一部位受
热时,细导管内的冷媒会快速流动而使热量迅速地传导。
好的导热板的热传
导系数可以达到同厚度铜材板的8~12倍,虽性能好但是价格较高,不适合
产业化操作,成本及后期环保回收等操作上有很大困难。
把灯具的外壳设计成散热器状。
目前大部分的道路灯具外壳是铝材的,
直接利用灯具外壳外面作为散热器既可以保证IP防护等级的要求,也可以
得到很大的散热面积,另外,灯具外壳组成的散热器在有落尘时,可以通过
自然的风雨而冲洗,从而可保证散热器工作的持续有效性。
在成本及后期环
保回收等操作上还有很大的操作余地,这是产业内结构、散热技术重要突破
的一个方向
2、LED灯的光效、显色性、光率、封装可靠性技术。
目前白光LED普遍使用发蓝光LED叠加由蓝光激发的发黄光的钇铝石榴
石(YAG)荧光粉,合成为白光。
由于其发光光谱中仅含蓝、黄这两个波谱,所以
存在色温偏高、显色指数偏低的问题,不符合普通照明要求。
人眼对色差的敏感
性大大高于对光强弱的敏感性,对照明而言,光源的显色性往往比发光效率更重
要。
所以加入适量发红光的荧光粉并能保持较高发光效率是LED白光照明中的
一个重要的课题。
另外在材料上、LED的封装上要使灯在一定的使用条件下灯
工作的光率特性要在合理的技术性能。
3、灯具系统的二次光学设计
目前LED在道路灯具中使用的最普遍形式主要有两类,一类是采用传统的
道路灯具外壳,只是在灯具内,在一个几乎是平板的安装面(也是反光面)上,
装上了矩阵式的LED,这种设计方式是不可能得到良好的灯具配光的。
另一类
是把多个LED集成在一个圆形的区域内(区域直径大约为30mm~40mm),使
这一小区域的光输出密度接近高强度气体放电灯,再利用灯具反射器进行配光,
但这种设计方式的灯具分布光度也不会优于传统的道路灯具,并且由于在一个很
小的区域内集成了高密度的LED,使LED的散热情况明显不良,不仅影响到LED
的发光效率,而且也往往影响到LED的使用寿命。
目前照明用LED的最大特点是具有定向发射光的功能,目前功率型LED几
乎都装有反光杯或透镜,但这类配光存在以下几类问题。
(1)透镜的配光特性
和出光效率受到很大的限制,在均匀度上、色斑效应都很难处理。
(2)反光杯
的配光特性虽好但也受到很大限制,在产品的耐候特性上性能很不稳定,通常只
适合于室内温度条件、盐雾条件不高的场合。
如要处理上述两种产品的短处,目
前市场化成本都很高。
采用LED的道路灯具应尽可能地利用LED的定向发射光的特性,使道路灯
具中的各个LED分别直接把光线射向被照路面的各个区域,再利用灯具反射器
的辅助配光,来实现很合理的道路灯具的综合配光。
应该说,道路灯具要真正做
到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115标准的照度和照度均匀度要求,灯具
采用专用一次配光良好的LED灯。
在灯具内,再按照路灯具高度及路面宽度设
计各个LED的安装位置和发射光的方向实现良好的二次配光功能。
来保证道路
照度更好的均匀度。
这应该是产业LED灯的重要技术突破路线。
4、电源、电路与灯具集成的设计
LED对驱动电路的要求是能保证恒流输出的特性,因为LED正向工作时结
电压相对变化区域很小,所以保证了LED驱动电流的恒定也就基本保证了LED
输出功率的恒定。
对于我国电源电压供应不稳定的现状,道路灯具LED的驱动
电路具有恒流输出特性是十分必要的,可保证光输出恒定并且防止LED的超功
率运行。
要想使LED驱动电路呈现恒流特性,从驱动电路的输出端向内看,其输出
内阻抗一定是高的。
工作时,负载电流也同样通过这一输出内阻抗,如果驱动电
路由降压、整流滤波后加直流恒流源电路或通用的开关电源加电阻电路组成,在
其上必定也消耗很大的有功功率,所以此两类驱动电路在基本满足恒流输出的前
提下,效率是不可能高的。
正确的设计方案是采用有源电子开关电路或采用高频
电流来驱动LED,采用上述两种方案可以使驱动电路在保持良好的恒流输出特
性的前提下,仍具有很高的转换效率。
目前我国的道路灯具,基本都采用HID光源加配触发器和电感镇流器的模
式,这一模式虽说存在能效较低及频闪的问题,但其可靠性是很高的。
而采用电
子驱动电路的LED灯具,在野外照明场合使用时,威胁其可靠性的一个重要方
面是雷电感应问题。
众所周知,空中的闪电发射的是一广谱的无线电波,而架空的道路灯具供电
线路,是良好的接受无线。
两根电源线接收的同一闪电发出的无线电波,对驱动
电路来讲是属于共模干扰信号,这种共模干扰对地可达数佰伏到数千伏,很容易
击穿驱动电路内的EMC接地电容或较小的对地(对外壳)的电气间隙,造成驱
动电路的损坏。
另外由于我国的供电线路是三相四线制中性线接地的极性电源,所以在两根
架空供电线的各段,在感应到闪电的无线电波的瞬间,由于两根供电线对地的瞬
时阻抗不同而使两根供电线间产生一个差模的干扰电压,这一瞬时差模干扰电压
也可达到数百伏至3000多伏,这一电压往往会击穿驱动电路的电源整流二极管
和印制线路板上的不同极性电极间的电气间隙,同样会使驱动电路损坏。
要解决这一问题,必须在LED的驱动电路中的输入端,并接快速响应的压
敏电阻,以保证差模干扰的泄放。
由于闪电的感应干扰是重复多次的,当干扰电
压高时,压敏电阻瞬时导通泄放的电流可能很大,所以采用的压敏电阻不仅应具
有快速的响应能力,还应具备瞬时导通数十安培的泄放能力而不损坏。
除了采用
压敏电阻外,LED的驱动电路的输入端还应结合传导干扰(EMI)的防护,设计
有复合的LC网络,使这些LC网络不仅能阻碍内部的EMI对电网的泄露,而且
能对闪电的干扰信号起到明显的抑制作用。
还有,LED驱动电路各点对地的电气间隙应保持在7mm以上,EMI防护的
接地电容以及驱动电路的对地绝缘强度,应达到强化绝缘(4V+2750V)的要求,
这样能使LED的驱动电路具有良好的抗差模和共模雷电感应的能力。
5、系统的可靠性
LED的封装技术是目前LED的技术瓶颈,LED技术的发展可以从两个面来
说明。
(1)芯片技术的发展,芯片技术主要是在功率密度、发光效率、抗
静电指数、波段、光率、生产成本六大方面提升。
(2)封装技术的发展,
封装技术主要是在封装工艺、热可靠度、热阻、出光效率、设备、生产成本
六大方面提升。
目前我国的两大技术都处于滞后端,如果说真正把白光LED
推到主照明的平台上来,封装是其中的一项决定性因数。
作为LED可靠度
验证上要从冷热冲击、热阻、耐候、回流焊接、抗静电指数、耐2倍电流冲
击等多方面验证。
从目前技术发展来看,陶瓷封装、倒装焊接(HVQFN)
应该是产业LED灯封装的重要技术突破路线。
LED封装的配套材料是目前
造成光率大、可靠性不高等技术主要原因。
高可靠的透明硅胶透镜、荧光粉、
银胶、LED封装支架等众多材料是LED生产中重点控制和技术把关的。
应
该也是LED灯封装的重要技术突破路线。
电源是目前系统中起到致命因数的配件之一,一个适合于室外路灯环境的高
可靠性、寿命长的电源是LED产品质量的关键。
简化元件、提高电转换效
率、提高产品可靠性、智能化控制技术是目前所要攻克的一个重大项目。
结构材料上重点是灯具外壳的耐候性、生产制成中热、静电的防护及制成控
制都是会造成系统可靠性降低的原应。
二、拟解决的关键技术
1、灯具系统的结构、热性能设计
灯具外型、散热一体化设计,有良好的热性能,使产品在常规环境下LED
温度不超过60度、外观视觉性、环境可靠性。
2、LED灯的光效、显色性、光率、封装可靠性技术。
灯具整体光效提高到80LM/W,显色性达到Ra指数80以上,光率在常规
环境工作达到50000小时/光率小于30%。
3、灯具系统的二次光学设计
达到国家标准CJJ45-2006和CIE31以及CIE115标准的照度和照度均匀度
要求。
4、电源、电路与灯具集成的设计
电源转换效率达到90%,满足室外(路灯)环境可靠性要求,使用寿命达到
5年(坏机率小于5‰),控制电路电路设计集中控制、标准模块化、系统
可扩展性。
简化电路、更小体积,减少成本。
5、系统的可靠性。
室外(路灯)环境的抗感应雷击、抗电压波动冲击、-35℃~+50℃环境的温
差冲击、太阳紫外线辐射等性能,达到产品5年以上的使用寿命。
三、拟采用的方法、技术路线及工艺流程
1、灯具系统的结构、热性能设计
有效的热性能分析、黄金分割线美工设计、借鉴产业钠灯结构成熟技术、散
热灯具装饰灯具一体化设计、高品质的压铸模产品。
2、LED灯的光效、显色性、光率、封装可靠性技术。
与国际技术结构、国际化企业、院校、研究机构强强联手建立产学研基地、
产业化联盟,建立有效的产品可靠性分析验证平台、拟定周密、技术过硬、
可操作性的技术标准。
3、灯具系统的二次光学设计
开发对应场所的高效、高可靠、一次配光透镜技术的LED产品,高可靠度、
高效的二次配光(反光杯),研究开发对应得材料技术,使其产品的实用性。
4、电源、电路与灯具集成的设计
通讯基站及防雷、驱动单之路精确恒流、高压(安全电压内)高转换效率、
高效低EMC高PFC值的电路。
单片机智能化控制(时间、半功率、LED
电压智能检测驱动等)
5、系统的可靠性
倒装封装技术且经过高可靠性验证的LED,光率小于20%(测试条件
IF=700mA。
LED表面温度=85±5℃。
相对湿度PH=85±10%,1000小时持续
点亮,衰减在0.4%以内);5年以上使用寿命的高可靠性电源,10年以上耐
候设计的高可靠性结构件,线上灯模块漏电检测系统,在线高温、电压冲击、
电源开关冲击等检测质量控制系统,拟定周密、技术过硬、可操作性的技术
标准。
四、项目的特色和创新突破点
1、灯具散热一体化设计;
2、LED一次配光、高出光效率、低成本、高质量配光、满足国家最新道路
照明标准的要求。
3、高可靠性的倒装焊接9℃/W的热阻,整体发光效率80Lm/W;
4、电源转换效率达到90%,满足室外(路灯)环境可靠性要求,使用寿命
达到5年(坏机率小于5‰)
5、集中控制,标准模块化,系统可扩展性等多种实用技术。
五、项目完成后预期实现的技术
1、灯具散热一体化设计;
2、LED一次配光、高出光效率、低成本、高质量配光、满足国家最新道路
照明标准的要求。
3、高可靠性的倒装焊接9℃/W的热阻,整体发光效率80Lm/W;
4、光率小于20%(测试条件IF=700mA。
LED表面温度=85±5℃。
相对湿度
PH=85±10%,1000小时持续点亮,衰减在0.4%以内);
5、电源转换效率达到90%,满足室外(路灯)环境可靠性要求,使用寿命
达到5年(坏机率小于5‰)
6、通讯基站及防雷、驱动单之路精确恒流、高压(安全电压内)高转换效
率、高效低EMC高PFC值的电路。
单片机智能化控制(时间、半功率、
LED电压智能检测驱动等)
7、集中控制,标准模块化,系统可扩展性等多种实用技术。
8、达到国家标准CJJ45-2006和CIE31以及CIE115标准的照度和照度均
匀度要求。
爱人者,人恒爱之;敬人者,人恒敬之;宽以济猛,猛以济宽,政是以和。
将军额上能跑马,宰相肚里能撑船。
最高贵的复仇是宽容。
有时宽容引起的道德震动比惩罚更强烈。
君子贤而能容罢,知而能容愚,博而能容浅,粹而能容杂。
宽容就是忘却,人人都有痛苦,都有伤疤,动辄去揭,便添新创,旧痕新伤难愈合,忘记昨日的是非,忘记别人先前对自己的指责和谩骂,时间是良好的止痛剂,学会忘却,生活才有阳
光,才有欢乐。
不要轻易放弃感情,谁都会心疼;不要冲动下做决定,会后悔一生。
也许只一句分手,就再也不见;也许只一次主动,就能挽回遗憾。
世界上没有不争吵的感情,只有不肯包容的心灵;生活中没有不会生气的人,只有不知原谅的心。
感情不是游戏,谁也伤不起;人心不是钢铁,谁也疼不起。
好缘分,凭的就是真心真意;真感情,要的就是不离不弃。
爱你的人,舍不得伤你;伤你的人,并不爱你。
你在别人心里重不重要,自己可以感觉到。
所谓华丽的转身,都有旁人看不懂的情深。
人在旅途,肯陪你一程的人很多,能陪你一生的人却很少。
谁在默默的等待,谁又从未走远,谁能为你一直都在?
这世上,别指望人人都对你好,对你好的人一辈子也不会遇到几个。
人心只有一颗,能放在心上的人毕竟不多;感情就那么一块,心里一直装着你其实是难得。
动了真情,情才会最难割;付出真心,心才会最难舍。
你在谁面前最蠢,就是最爱谁。
其实恋爱就这么简单,会让你智商下降,完全变了性格,越来越不果断。
所以啊,不管你有多聪明,多有手段,多富有攻击性,真的爱上人时,就一点也用不上。
这件事情告诉我们。
谁在你面前很聪明,很有手段,谁就真的不爱你呀。
遇到你之前,我以为爱是惊天动地,爱是轰轰烈烈抵死缠绵;我以为爱是荡气回肠,爱是热血沸腾幸福满满。
我以为爱是窒息疯狂,爱是炙热的火炭。
婚姻生活牵手走过酸甜苦辣温馨与艰难,我开始懂得爱是经得起平淡。
爱人者,人恒爱之;敬人者,人恒敬之;宽以济猛,猛以济宽,政是以和。
将军额上能跑马,宰相肚里能撑船。
最高贵的复仇是宽容。
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宽容就是忘却,人人都有痛苦,都有伤疤,动辄去揭,便添新创,旧痕新伤难愈合,忘记昨日的是非,忘记别人先前对自己的指责和谩骂,时间是良好的止痛剂,学会忘却,生活才有阳
光,才有欢乐。
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你在谁面前最蠢,就是最爱谁。
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所以啊,不管你有多聪明,多有手段,多富有攻击性,真的爱上人时,就一点也用不上。
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我以为爱是窒息疯狂,爱是炙热的火炭。
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