二、LED 照明系統(tǒng)設(shè)計流程及注意事項

　　LED 照明系統(tǒng)設(shè)計的基本流程以及注意事項有以下幾點。

　　（ 1） 結(jié)合應(yīng)用環(huán)境確認(rèn)照明需求

　　由于現(xiàn)存的大部分照明燈飾基本都屬于傳統(tǒng)光源的范疇，如果全部將其丟棄而搭建全新的LED 照明系統(tǒng)將會是極大的浪費，因此客觀地分析現(xiàn)存燈飾的光學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)合LED 的照明特點以及實際應(yīng)用成本考慮是否替換或改進(jìn)。

　　部分傳統(tǒng)光源采用經(jīng)燈罩內(nèi)部反射后再投射到路面的光學(xué)照明結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)源于傳統(tǒng)光源屬于全指向性光源，這樣在其燈罩內(nèi)部會造成不同程度的光學(xué)效率軟降低，使用指向性較好的LED 光源就可以避免此類問題的發(fā)生。將反射體設(shè)計、光學(xué)透鏡設(shè)計、高可靠的LED 電源設(shè)計及野外防雷電感應(yīng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)納入到照明需求論證方案中進(jìn)行論證。

　　（ 2） 分析系統(tǒng)指標(biāo)得出設(shè)計目標(biāo)

　　在確認(rèn)照明需求的前提下，計算總體光照需求以及配套設(shè)備（ 燈桿、燈頭以及太陽能光伏系統(tǒng)等） 的功耗，根據(jù)分析所得的環(huán)境參數(shù)選擇驅(qū)動、控制器件等級、殼體材料硬度以及柔韌度等參數(shù)。

　　由于我國已成為繼美國之后的世界第二大電力消費大國，對于用電緊張的地區(qū)需要考慮是否引入太陽能光伏供電系統(tǒng)，對于太陽能板的安裝角度問題可以采用通過多類型傳感器融合數(shù)字信號跟蹤算法、利用緯度大致估計傾斜度等方法，如下表所示。

　　表1 太陽能板安裝傾斜度緯度對照表

　　（ 3） 參照元器件參數(shù)確定使用類型

　　結(jié)合元器件參數(shù)指標(biāo)，選擇不低于最低指標(biāo)要求的電子元器件，由于LED 光學(xué)照明系統(tǒng)屬于熱量影響光輸出的特殊系統(tǒng)，因此需要確認(rèn)LED的驅(qū)動電流和結(jié)溫，這個環(huán)節(jié)需要實際測量而不能完全依賴技術(shù)手冊。

　　LED 照明測試參數(shù)一般包括光通量（ 單位時間內(nèi)光源輻射產(chǎn)生視覺響應(yīng)強弱的能力，單位是流明） ; 照明效率（ 單位是流明每瓦） ; 相關(guān)色度（ 與具有相同亮度刺激的顏色最相似的黑體輻射體的溫度，單位是開氏度） ; 顯色指數(shù)，白熾燈的顯色指數(shù)定義為100，視為理想的基準(zhǔn)光源。標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)以8 種彩度中等的標(biāo)準(zhǔn)色樣來檢驗，比較在測試光源下與在同色溫的基準(zhǔn)下此8 種標(biāo)準(zhǔn)色樣的偏離程度，以測量該光源的顯色指數(shù)，取平均偏差值Ra20 ～ Ra100，以Ra100 為最高，平均色差越大，Ra 值越低。低于Ra20 的光源通常不適于一般用途。

　　由于LED 自身的特點，要有效控制LED 的工作電流，同時降低最高工作環(huán)境溫度，否則將縮短LED 的使用壽命。

　　（ 4） 結(jié)合實際亮度計算LED 數(shù)量及組合方式

　　根據(jù)不同的驅(qū)動電路驅(qū)動負(fù)載能力和LED 實際流明量計算出需要的LED 數(shù)量。同時需要注意，驅(qū)動電路的電氣損失會降低總體照明效果，同時將輸入功率轉(zhuǎn)化為熱量，而且驅(qū)動器的效率會隨負(fù)載變化而變化，因此不能隨意改動設(shè)計方案的負(fù)載數(shù)量或連接方式。

　　在選取LED 顆粒時，由于各個廠家的制造工藝的差異致使各個LED 發(fā)光強度、驅(qū)動電流、承受最大電流以及發(fā)熱程度有所差異，容易造成某個LED 的損壞而導(dǎo)致整個照明系統(tǒng)的壽命縮短，因此建議采用動態(tài)驅(qū)動電路控制LED 陣列，同時盡量采用同廠家同批次的LED 顆粒。

　　在使用陣列LED 時需要注意LED 的組合方式，常用的一般是平面陣列型和圓球陣列型，由于LED 集成在高密度區(qū)域，因此要考慮到散熱問題的處理。

　　（ 5） 比較設(shè)計方案并權(quán)衡成本效益

　　由于LED 照明設(shè)計屬于逐步成熟階段，因此在設(shè)計時提出至少兩套備用方案，根據(jù)實際環(huán)境測試情況選擇適當(dāng)方案，方案間的優(yōu)勢和劣勢要有互補性。

　　在戶外使用的燈具要考慮達(dá)到一定的防塵防水等級，同時考慮到散熱性問題，建議采用導(dǎo)熱板或?qū)艟咄鈿ぴO(shè)計為類似散熱器的機械結(jié)構(gòu)。

　　另外，LED 戶外照明系統(tǒng)光學(xué)特性直接影響其輸出功率、配光曲線和光斑均勻性，在高質(zhì)量應(yīng)用方案的制定時需進(jìn)行光學(xué)理論計算、計算機模擬及優(yōu)化、光學(xué)元器件精密加工和模具制造等環(huán)節(jié)，最終形成具備較好的均勻度，無熱點、眩光和光污染的光學(xué)系統(tǒng)。

　　這里需要注意重視照明成本。照明成本不僅涉及燈具的初始生產(chǎn)成本，還涉及燈具正常工作所需消耗能源的成本，當(dāng)電燈無法正常工作時更換電燈所需的勞動成本。白熾燈的初始成本很低，但它們將電能轉(zhuǎn)換成光能的效率比較低，而且容易燒壞。計算LED 的照明成本時一般都假定：

　　LED 燈的光輸出降到一半時，LED 燈的使用壽命就終止，因此假定典型LED 燈的壽命是7. 5 萬h而非10 萬h，同時照明成本的計算參量成為生產(chǎn)資料成本、能源損耗成本、生產(chǎn)維護成本以及貨幣流通等資金價值的總和。

　　（ 6） 投入工程實踐并反復(fù)論證改進(jìn)

　　在工程實踐階段，對于PCB 板圖設(shè)計要考慮到散熱、防靜電和成本問題。采取樣機內(nèi)部試驗驗證光學(xué)指標(biāo)、高低溫指標(biāo)和電氣系統(tǒng)指標(biāo)后送交第三方（ 例如國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、國家燈具質(zhì)量檢測中心等） 測試通過后再定型生產(chǎn)。

　　（ 7） 監(jiān)督施工環(huán)節(jié)并定期維護檢測在LED 照明系統(tǒng)工程安裝過程中要注意

　　1） 電源配置。確認(rèn)輸入電源是直流還是交流、是否配置漏電保護裝置和過載保護裝置。

　　2） 防水結(jié)構(gòu)。在戶外使用的LED 照明系統(tǒng)特別要考慮這類問題。

　　3） 實時監(jiān)測。安裝前要檢測產(chǎn)品是否破損。

　　4） 控制LED 數(shù)量。不允許隨意串接數(shù)量。

　　5） 燈具打孔需要認(rèn)真討論。確保燈具防水、防塵和散熱良好。

　　上述LED 照明系統(tǒng)設(shè)計的基本流程以及注意事項是以太陽能光伏LED 路燈為例，但可以將所述設(shè)計流程和注意事項應(yīng)用于其他LED 照明系統(tǒng)設(shè)計之中。

　　結(jié)束語

　　LED 照明系統(tǒng)作為新型高效固態(tài)光源、半導(dǎo)體照明光源具有無污染、壽命長、指向性好及便于運輸?shù)葍?yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、商場、賓館飯店及學(xué)校等場所的照明系統(tǒng)，伴隨著智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及智能監(jiān)測控制系統(tǒng)的照明應(yīng)用展現(xiàn)出LED照明系統(tǒng)蓬勃的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。

　　在設(shè)計、安裝及使用的過程中結(jié)合文中所述LED 照明系統(tǒng)設(shè)計流程以及注意事項將會有助于完善LED 照明系統(tǒng)設(shè)計方案，提高LED 照明系統(tǒng)設(shè)計的安全性和可靠性，加速LED 照明系統(tǒng)的商業(yè)化進(jìn)程。