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【格林娱乐】LED路灯在寒地应用环境下关键技术问题分析
2021-01-29 [20162]

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格林娱乐|随着LED照明技术的缓慢发展,LED路灯在国内很多城市已经很少见到了。特别是在大功率LED器件的光效达到100mm/W之后,LED路灯作为路灯的发展趋势得到了广泛的推崇。2009年,国内几个城市分别组织了LED道路照明产品的评测和测试。

大部分LED路灯产品在配光曲线、系统光效等关键技术指标上有了明显的变化,在符合道路照明标准和节能效果方面已经超过了相关标准和规范的拒绝。虽然LED路灯技术发展缓慢,但大多数LED路灯厂商在产品研发过程中忽略了冷应用环境下对同类技术的排斥。

一个普遍存在的误区是LED不利于严寒地区的风扇,不容易再次出现故障。众所周知,在严寒的应用环境下,对于LED路灯有更为严格的技术排斥,主要包括以下两个方面:一是严寒地区温度较低,温差较大,大变化的冷冲击和长期低温工作对器件的质量排斥更为严格。其次,在严寒地区应用的LED路灯必须考虑防止结冰的预防措施。

鉴于上述原因,在严寒地区推广应用LED路灯需要解决以下关键技术问题。1.冷冲击的温度变化可能导致发光二极管器件过热。

由于发光二极管芯片属于印刷电路板后的固体器件,芯片、硅胶(或树脂)、金属支架和引线之间的膨胀系数不匹配。此外,严寒地区温差较小的冷冲击影响不会激活硅胶在温度变化过程中的收缩和膨胀,器件内部变形过大,会导致LED引线的焊点偏差减小,导致过早疲劳损坏。同时也不会导致键合状态良好的焊点出现脱焊的可能性,从而导致焊球和芯片电极出现脱焊现象,甚至导致LED芯片分层开裂的过热现象。一个LED路灯用了上百个LED器件。

一般来说,采用串联配置方式。如果一个指示灯再次出现故障,不会导致多个指示灯过热。因此,在严寒地区使用的LED路灯,首先要根据环境中专门使用的灯具的温度变化特性,设定合理的成像功率、键合压力、键合时间、键合温度等PCB工艺参数,以保证每个LED器件在低温工作环境下的可靠性。

二是LED驱动装置在低温运行时的可靠性保证了另一个关键技术挑战在于LED路灯驱动装置在低温运行环境下的可靠性。目前大部分LED路灯驱动电源在寒冷地区和低温环境下表现出不同类型的水土不服现象,更为引人注目和密切相关的现象是在低温下不能长时间启动,在长期低温运行环境下故障率高。

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出现上述问题的主要原因是设计阶段驱动电源的器件选型没有考虑低温工作状态的可靠性,部分关键元器件的特性在低温环境下发生变化,导致驱动器件无法低温启动或长时间运行。失效的明确原因主要包括以下四个方面:一是供电管的载流子密度和活性在低温下会降低,短路维护的起点不会相应降低;其次,电解电容的电解液在低温下失效,失去电容效应(此时溶液中的离子只是没有离子极化),没有负载能力;第三,某些类型的光耦合器件在低温下不能长时间工作;第四,输出端避免浪涌电流的热敏电阻在低温(常温的3 ~ 5倍)时具有反向大电阻,不会导致热敏电阻在低温下长时间无法启动。解决上述问题的途径主要有 设备选型的调整可能会略微增加驱动设备的成本,但LED路灯的整体成本可以忽略不计。

考虑到提高可靠性和降低成本的因素,这种设计调整是非常合适和昂贵的。三.LED路灯结冰固化危害的防水措施在严寒地区推广应用路灯容易忽视的问题之一是灯具表面冰雪加热融化后冲刷形成的冰。

一旦结冰,不会对车辆和行人造成很大的安全隐患。尤其在LED路灯中,灯具外壳广泛使用铝,表面的氧化铝属于亲水性材料,更容易产生结冰固化。

2008年,我国南方发生大规模雪灾,造成铝表面大量高压线冻结塌陷,大量电力设施受损。这场灾难的恶果不仅仅是气候造成的,最重要的诱因是氧化铝表面的高压电缆属于亲水性材料。

由于影响道路交通安全,避免结冰是严寒地区应用LED路灯时必须考虑的安全措施。为了解决这一关键技术,我们通过开发显微镜光学分析,分析了水在物体表面结冰和冰可以牢固地吸附在物体表面的原因。实验结果表明,使用亲水性能优异的材料,避免结冰固化的效果并不理想,甚至水也能在一些材料表面冻结牢固。

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测试结果表明,冰可以吸附在任何物体的表面。物体表面的裂缝和突起是冰能牢固附着在物体表面的另一个主要原因;亲水性好的材料可以减缓冻结过程,但不能阻止冰的形成。为了更准确地比较不同材料之间避免结冰的能力,我们从不同角度深入研究了不同物体的表面结构、表面物理性质与结冰的内在关系,包括结构形状与结冰、结构材料与结冰、表面光洁度与结冰、表面刚度与柔性与结冰。

结果表明,形状结构非常简单、组织结构紧密、表面透气、亲水性优异的组分不易再次冻结。基于这一测试数据,我们在近两年的冬季搭建了不同外观和外壳材料的LED路灯。

通过实验我们发现:所有的灯具外观都是圆形、有质感、扁平的;没有雪、冰或积水的支撑结构;表面材料不具备优良亲水性能的LED路灯,会产生结冰,凝固。我国大部分严寒地区位于高纬度地区,气候严寒,温差小,给LED道路照明产品的应用带来了新的挑战。另一方面,大部分严寒地区年平均日照明时间好于国内平均水平,因此照明耗电量低于国内平均水平。因此,短昼长夜的地域特点给市场需求带来了更多的LED照明。

总的来说,LED照明产品的应用既有挑战,也有机遇。。

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